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La méthanisation en voie sèche est une voie de recherche novatrice qui fait l’objet de peu de recherches en comparaison avec la méthanisation liquide, particulièrement en ce qui concerne l’optimisation. L’optimisation des procédés industriels est aujourd’hui un incontournable pour toute entreprise souhaitant maximiser la rentabilité et le respect de l’environnement [7] [8]. L’outil le plus utilisé pour optimiser les paramètres opératoires ou la composition [2] [3] [6] d’un procédé est le plan d’expériences. Il permet de fournir une surface de réponse fournissant le plus de résultats possibles tout en minimisant le nombre de points d’expériences nécessaires [5]. Aujourd’hui les travaux de recherches sur l’optimisation du procédé de méthanisation en voie sèche par l’utilisation de plans d’expériences ou plans de mélange existent mais sont peu nombreux et souvent spécialisés dans un domaine particulier du procédé : recirculation de l’inoculum [1], composition d’un mélange [2] etc. De plus, la vérification de la validité du modèle utilisé nécessite des expériences supplémentaires [1] [4], ce qui peut engendrer un coût en matériel ou un temps d’expérimentation supérieur. Ces contraintes se ressentent en particulier dans le domaine de la méthanisation, où chaque expérience peut durer entre 3 et 8 semaines. L’objectif de cette étude est décliné sur plusieurs niveaux. Le premier point concerne la mise en place d’un matériel optimisé en coût, en compacité et adaptable aux paramètres opératoires étudiés. Les schémas sont illustrés sur la Fig. 1. Ce matériel fournit une optimisation par plans d’expériences [7] [8], permettant de mêler optimisation de paramètres opératoires et optimisation de composition de substrats comme illustré sur le Tableau 1. Cette optimisation est menée sur 3 paramètres opératoires concernant les caractéristiques hydriques de la méthanisation, et 3 substrats représentatifs des substrats territoriaux des hauts-de-France en codigestion. Les paramètres hydriques sont le taux de compression du massif, le volume de recirculation de l’inoculum ainsi que le taux d’immersion du massif solide au sein de l’inoculum. Les substrats utilisés sont le fumier bovin, la tonte d’herbe et les déchets de repas. Enfin, la validité de ces résultats est vérifiée par un outil appelé « bootstrapping » [9] permettant d’approcher par simulation la distribution des points expérimentaux et donc la répétabilité expérimentale. Le but est de fournir à l’expérimentateur un outil robuste et pratique permettant une optimisation rapide de l’ensemble des paramètres considérés influents. Pour le moment les expériences sont en cours afin des valider les modèles établis et les premiers résultats devraient être étudiés en codigestion pour cet été. Références [1] Degueurce, A., 2016. La méthanisation par voie sèche agricole appliquée aux fumiers de bovins: optimisation de la recirculation des lixiviats (PhD Thesis). Rennes 1. [2] Bassard, D., 2015. Méthodologie de prédiction et d’optimisation du potentiel méthane de mélanges complexes en co-digestion (PhD Thesis). UTC. [3] Rakotoniaina, V.A., 2012. Co-méthanisation des déchets fermiers et alimentaires: expérimentation et modélisation (PhD Thesis). La Réunion. [4] Mortezaei,Y., 2018. High-rate anaerobic digestion of yogurt wastewater in a hybrid EGSB and fixed-bed reactor: Optimizing through response surface methodology. Process Safety and Environmental Protection 113 255–263. [5] Safari, M. 2018. Optimization of biogas productivity in lab-scale by response surface methodology. Renewable Energy 136, 118 368-375. [6] Kaintholaa, J., 2019. Optimization of methane production during anaerobic co-digestion of rice straw and hydrilla verticillata using response surface methodology. Fuel 235 92-99. [7] Goupy, J., Creighton, L., 2006. Introduction aux plans d’expériences. Dunod : L’Usine nouvelle, Paris. [8] Goupy, J.,1999. Plans d’expériences pour surfaces de réponse. Dunod : Industries techniques, Paris. [9] Palm, R., 2002. Utilisation du bootstrap pour les problèmes statistiques liés à l’estimation des paramètres. Biotechnologie, agronomie, société et environnement 6, 143–153., Les auteurs remercient le FEDER et le programme MOCOPEE pour le soutien financier de ces travaux de recherche et l'allocation de thèse.

La digestion anaérobie est la dégradation biologique de substrats organiques, par un consortium microbien, produisant du biogaz essentiellement constitué de méthane. Le procédé de méthanisation existe en voie liquide (taux de matière sèche MS15%). Cette dernière représente un grand intérêt de par l’utilisation moindre de l’eau et le rendement plus élevé en production de méthane. En revanche, les contraintes opératoires sont plus grandes et de nombreux verrous technologiques existent encore [1]. Il n’existe pas de matériel d’analyse du potentiel de production de méthane (BMP) en voie sèche contrairement à la voie liquide. De plus, l’étape de méthanisation étant relativement longue (de 4 à 8 semaines) [1], cela rend les optimisations difficile car nécessitant un grand nombre d’expériences, selon les contraintes de budget, d’espace et de temps accordées à l’expérience. Enfin, la validation des résultats requiert une seconde expérience de validation, afin de connaître l’incertitude liée au matériel utilisé. L’objectif de ce travail est de permettre une optimisation complète d’un procédé de méthanisation en voie sèche, en minimisant la durée d’expérience, le nombre d’expériences et le budget nécessaire. Pour cela, trois approches ont été mises en oeuvre : la conception d’un matériel adapté à l’étude de la méthanisation en voie sèche (Figure 1), l’optimisation de la production de méthane en fonction des paramètres opératoires et de la composition en substrats (Figure 2, Tableau 1), puis la validation des incertitudes par une méthode d’inférence statistique, le bootstrapping (Figure 3). Cette méthode permet un calcul d’incertitudes liées au matériel sans avoir à faire d’expérience de validation, en répliquant les données de l’expérience d’optimisation par ré-échantillonnage. Ce travail a été mené sur des substrats territoriaux des Hauts-de-France : fumier bovin et tonte d’herbe, ainsi que sur deux paramètres opératoires clés : l’immersion et la recirculation de l’inoculum., Les auteurs remercient le FEDER et le programme MOCOPEE pour le soutien financier de ces travaux de recherche et l'allocation de thèse.

International audience; This study aims to evaluate the ability of an ultraviolet (UV) probe to simultaneously estimatenitrate and nitrite concentrations in the effluent of a post-denitrifying biologically active filter (BAF). Theestimation of these species is complicated due to the great similarity of their UV spectrum and thepresence of other absorbent molecules in the UV range. Yet, it is essential to develop control algorithmswhich would guarantee a water quality that complies with the requirements of the Water FrameworkDirective. The WTW Nitra Vis 705 IQ NI probe was calibrated and validated in the laboratory on a realeffluent having a nitrite concentration ranging from 0 to 3.5 mgN/L. Then, it was placed at the outlet of aBAF of the Seine Centre plant to evaluate its ability to predict the dynamics of nitrite and nitrateconcentrations. Using a multipoint calibration for nitrite and a multi-linear calibration for nitrate, it waspossible to simultaneously and dynamically measure nitrite in the range 0-5 mgN/L with an accuracy of 0.2 mgN/L and nitrate in the range 0-10 mgN/L with an accuracy of 0.3 to 0.4 mgN/L. Nitrous oxide and nitrite concentrations exhibited similar dynamics as a function of the applied BOD to N-NO3–ratio.Nitrous oxide was found to be better correlated with nitrite (R2= 0.72) compared with NO2– +NO3– (R2= 0.52).; Cette étude vise à évaluer la capacité d’une sonde à rayons ultraviolets (UV) à estimer simultanément les teneurs en nitrate et nitrite en sortie d’une unité de biofiltration en postdénitrification. L’estimation de ces deux espèces est compliquée du fait de la très grande similitude de leur spectre UV et de la présence d’autres molécules absorbantes dans l’UV. Celle-ci est pourtant indispensable au développement d’algorithmes de contrôle, seuls à même de garantir un résiduel en nitrite et nitrate conforme aux exigences de la directive cadre sur l’eau. La sonde WTW Nitra Vis 705 IQ NI a été calibrée puis validée en laboratoire sur un effluent réel dans une gamme de 0 à 3,5 mgN/L en nitrite. Elle a ensuite été installée en sortie d’une unité de biofiltration de la station de Seine Centre afin d’évaluer sa capacité à prédire les dynamiques de concentrations en nitrites et nitrates. Le suivi a montré que, moyennant une calibration multipoint pour le nitrite et multilinéaire pour le nitrate, il est possible de mesurer simultanément et dynamiquement le nitrite dans la gamme 0-5 mgN/L avec une précision de 0,2 mgN/L et le nitrate dans la gamme 0-10 mgN/L avec une précision de 0,3 à 0,4 mgN/L. Les mesures en ligne de protoxyde d’azote dissous, effectuées sur site au moyen de sondes ampérométriques, montrent que la dynamique est similaire à celle du nitrite en fonction du ratio DBO/N-NO3– appliqué, et que l’on obtient une meilleure corrélation du protoxyde d’azote avec le nitrite (R2 = 0,72) comparativement à la somme nitrite + nitrate (R2 = 0,52).

Flax (Linum usitatissinum L.) oil is an important source of α-linolenic (C18:3 ω-3). This polyunsaturated fatty acid is well known for its nutritional role in human and animal diets. Understanding storage lipid biosynthesis in developing flax embryos can lead to an increase in seed yield via marker-assisted selection. While a tremendous amount of work has been done on different plant species to highlight their metabolism during embryo development, a comprehensive analysis of metabolic flux in flax is still lacking. In this context, we have utilized in vitro cultured developing embryos of flax and determined net fluxes by performing three complementary parallel labeling experiments with 13C-labeled glucose and glutamine. Metabolic fluxes were estimated by computer-aided modeling of the central metabolic network including 11 cofactors of 118 reactions of the central metabolism and 12 pseudo-fluxes. A focus on lipid storage biosynthesis and the associated pathways was done in comparison with rapeseed, arabidopsis, maize and sunflower embryos. In our hands, glucose was determined to be the main source of carbon in flax embryos, leading to the conversion of phosphoenolpyruvate to pyruvate. The oxidative pentose phosphate pathway (OPPP) was identified as the producer of NADPH for fatty acid biosynthesis. Overall, the use of 13C-metabolic flux analysis provided new insights into the flax embryo metabolic processes involved in storage lipid biosynthesis. The elucidation of the metabolic network of this important crop plant reinforces the relevance of the application of this technique to the analysis of complex plant metabolic systems.

Flaxseed (Linum usitatissinum L.) oil is an important source of α-linolenic (C18:3 ω-3), this polyunsaturated fatty acid is well known for its nutritional role in human and animal diet. Understanding storage lipid biosynthesis in developing flaxseed embryos can lead to an increase in seed yield. While a tremendous amount of work has been done on different plant species to highlight their metabolism during embryos development, flaxseed metabolic flux analysis is still lacking. In this context, we have developed an in vitro cultured developing embryos of flaxseed and determined net fluxes by performing three complementary parallel labeling experiments with 13C-labeled glucose and glutamine. Metabolic fluxes were estimated by computer- aided modeling of the central metabolic network including 11 cofactors of 118 reactions of the central metabolism, 12 pseudo fluxes. A focus on lipid storage biosynthesis and the associated pathways was done in comparison with rapeseed, arabidopsis, maize and sunflower embryos. In our conditions, glucose was the main source of carbone of flaxseed embryos, leading to the conversion of phosphoenolpyruvate to pyruvate. The oxidative pentose phosphate pathway (OPPP) was identified as the producer of NADPH for fatty acid biosynthesis. Overall, the use of 13C-metabolic flux analysis provided new insight into flaxseed embryos metabolic processes involved in storage lipids biosynthesis. The elucidation of the metabolic network of this important crop plant reinforces the relevance of the application of this technique to the analysis of complex plant metabolic systems.

This work discusses the influence of different metal hydride storage bed configurations. The objective was to design and optimize a solid-state hydrogen storage for a nonpolluting mobility. A study of the absorption and desorption dynamics of a loose powder bed was performed first, followed by three different storage bed configurations: compacted Ti-Mn alloy powder, alternated Ti-Mn alloy compacts with stainless steel fins and compacted [Ti-Mn alloy/Stainless steel] powder mixture. A numerical model was developed to simulate the heat transfer and the hydrogen absorption and desorption rates. The alternation and compact mixture configurations gave better heat transfer efficiencies, absorption and desorption rates and increased hydrogen storage densities. Indeed, an efficient heat transfer (between the tank and its surrounding fluid), a tailored porosity of the metal hydride storage bed and the addition of high thermal conductivity materials allowed the overall storage performance to be improved. Thus, the required time for loading/unloading hydrogen was reduced drastically. The alternation configuration would offer the additional advantage of a simple, inexpensive and efficient recycling procedure.

International audience; Undesired agglomeration of powders, known as caking, results in the loss of product quality and is unacceptable in many powder industries. Information on how ambient conditions influence the cake strength is essential to prevent caking. Although there are a lot of existing methods to form caked samples and even more to characterize them, there is still no consensus regarding these methods. Repeatability is rarely evaluated and the comparative studies remain infrequent. As a deliquescent powder, sucrose is characterized by a threshold Relative Humidity (RH), called Deliquescence Relative Humidity (DRH), above which it turns into an aqueous solution. Partially deliquesced crystals are linked by liquid bridges of aqueous solution. When the RH is decreased below the DRH, these liquid bridges recrystallize into solid bridges to form a hard cake. In this study, an accelerated caking device was developed to obtain homogeneous caked samples of sucrose under controlled conditions. Three mechanical tests were compared on the basis of their sensitivity and repeatability: the uniaxial compression test, the diametrical compression test (tensile test) and the shear test. The varying parameter was the amount of water uptaken before drying, and the data were fitted by cross-validated local linear nonparametric regression. The best mechanical test was found to be the shear test, giving a sharp failure of the cake along a predetermined failure surface and a linear relationship between the cake strength and the amount of water uptaken.

A numerical model for fluid-structure interactions (abbr. FSI) is presented in the context of sloshing effects in movable, partially filled tanks to improve understanding of interactions between the fluid and the dynamics of a tank flexibly attached to a vehicle. The purpose of this model is to counteract the penalizing impact of the added mass effect on classical partitioned FSI coupling scheme: the proposed investigation is based on an added mass corrected version of the classical strongly coupled partitioned scheme presented in (Song et al. 2013). Results show that this corrected version systematically allows convergence to the coupled solution. In the rare cases where convergence is already obtained, the corrected version significantly reduces the number of iterations required. Finally, it is shown that the convergence limit imposed by added mass effect for the non-corrected coupling scheme, is directly dependent on the aspect ratio of the fluid domain and highly related to the precision order of the temporal discretization scheme.

Due to severe mathematical modeling and calibration difficulties open-loop feedforward control is mainly employed today for wastewater denitrification, which is a key ecological issue. In order to improve the resulting poor performances a new model-free control setting and its corresponding "intelligent" controller are introduced. The pitfall of regulating two output variables via a single input variable is overcome by introducing also an open-loop knowledge-based control deduced from the plant behavior. Several convincing computer simulations are presented and discussed., Comment: IFAC 2017 World Congress, Toulouse, France

We consider some Wi-Fi access points (AP) communicating with some stations while being in the carrier sense area of neighbor AP. This corresponds to usual scenarios in local area networks, set-top boxes in houses, intelligent transportation systems, etc. First, using the network simulator ns-3, we observe interesting phenomena, depending on the number of pairs and its parity, confirming previous experiments and models of the literature. Short chains give high disparity in throughput. Moreover, adding a pair (i.e., an AP) can drastically change the throughput of a far ones. We also point out a notable asymptotic behavior. We show that the same phenomena appear while varying the number of stations per AP, the sending rate or the chain geometry. Second, we provide a new analytic model by considering the probability for a station to send data while its neighbors are waiting. This powerful model leads to a non-linear system of equations matching very well the N's-3 simulations. It is scalable and permits to study accurately both short and very large chains. In particular, we show interesting properties related to the fairness. Third, we apply our results to some practical cases. Thanks to our model, we are able to compute the optimal settings of the stations for ensuring the fairness in the scenarios listed above.

Comprehension of metabolic pathways is considerably enhanced by metabolic flux analysis (MFA-ILE) in isotope labeling experiments. The balance equations are given by hundreds of algebraic (stationary MFA) or ordinary differential equations (nonstationary MFA), and reducing the number of operations is therefore a crucial part of reducing the computation cost. The main bottleneck for deterministic algorithms is the computation of derivatives, particularly for nonstationary MFA. In this article we explain how the overall identification process may be speeded up by using the adjoint approach to compute the gradient of the residual sum of squares. The proposed approach shows significant improvements in terms of complexity and computation time when it is compared with the usual (direct) approach. Numerical results are obtained for the central metabolic pathways of Escherichia coli and are validated against reference software in the stationary case. The methods and algorithms described in this paper are included in the sysmetab software package distributed under an Open Source license at http://forge.scilab.org/index.php/p/sysmetab/., Preprint submitted to IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics

Monitoring of the biological degradation of a substrate by microorganisms is a key issue, especially in the soil bioremediation area. Respiration measurement is the easiest way to obtain online information on the biological activity. Nevertheless, it is indirectly related to substrate consumption and microbial growth. To be able to link these phenomena, a robust and descriptive model has been developed. Both biological and gas/liquid transfer dynamics must be taken into account to link the online measurement with the actual biological respiration. For that, experimental evolution of the respiratory ouotient (RQ) during a biodegradation has been compared against general biodegradation knowledge. To obtain a reliable model, practical and structural sensitivity analyses have been conducted. The model can describe the evolution of both online measurable and non-measurable states. It also gives a new definition of the apparent RQ, measured in the gas phase, compared to the actual biological RQ.

95ème congrès de l'ASTEE « Territoires en transition : mettre l'intelligence numérique au coeur des services publics, Issy-les-Moulineaux, FRA, 31-/05/2016 - 03/06/2016; National audience; Cette présentation s'inscrit dans la continuité des présentations générales du projet Intelligence artificielle engagé par le Siaap (Présentation Jean-Pierre Tabuchi, Siaap) et du programme de recherche Mocopée (Présentation Vincent Rocher, Siaap).L'objectif de cette étude est d'apporter des informations sur les conditions d'apparition d'intermédiaires réactionnels tels que les nitrites (NO2-) et le protoxyde d'azote (N2O) lors du traitement des eaux usées par biofiltration. De plus, un chiffrage précis des facteurs d'émissions du N2O d'une installation réelle a été établi. Les résultats obtenus montrent que les conditions propices à l'accumulation des nitrites favorisent également la production de protoxyde d'azote. En nitrification tertiaire, la production de N2O est corrélée entre autre à l'intensité de l'aération, la température et le temps de filtration. En post-dénitrification, l'accumulation de nitrites et la production de N2O sont fortement influencées par la gestion des apports de substrat carboné.

International audience; This study aims to understand the mechanisms of nitrite appearance during wastewater denitrification by biofilters, focusing on the role of the carbon source. Experiments were carried out at lab-scale (batch tests) and full-scale plant (Parisian plant, capacities of 240,000 m3 day−1). Results showed that the nature of the carbon source affects nitrite accumulation rates. This accumulation is low, 0.05 to 0.10 g N-NO2 − per g N-NO3 − eliminated, for alcohols such as methanol, ethanol, or glycerol. The utilization of glycerol leads to fungal development causing clogging of the biofilters. This fungal growth and consequent clogging exclude this carbon source, with little nitrite accumulation, as carbon source for denitrification. Whatever the carbon source, the C/N ratio in the biofilter plays a major role in the appearance of residual nitrite; an optimal C/N ratio from 3.0 to 3.2 allows a complete denitrification without any nitrite accumulation.

This paper deals with a new method to control flexible structures by designing non-collocated sensors and actuators satisfying a pseudo-collocation criterion in the low-frequency domain. This technique is applied to a simply supported plate with a point force actuator and a piezoelectric sensor, for which we give some theoretical and numerical results. We also compute low-order controllers which stabilize pseudo-collocated systems and the closed-loop behavior show that this approach is very promising.

This paper deals with a physical system that can be represented by an abstract wave equation: a canal with wave generators. We first study the various degrees of controllability that this system can enjoy, with two kinds of input operators and associated control spaces, corresponding to "flexible" and "rigid" generators. A counterexample to the exact controllability and a positive result for the approximate controllability are given for the flexible generator case. In the rigid case, we show that approximate controllability in finite time does not hold. We also study the stability of the system when the elevation of the surface is measured at x=0, and a static feedback is used to control a rigid generator. We show that strong stability holds (but with a nonuniform decay), although the perturbation caused by the feedback on the system operator is not dissipative in the natural topology.

This work focused on monitoring respiratory quotient, RQ (defined as a ratio of CO2 production to O2 uptake rates), microbial growth and residual hydrocarbon concentration during bioremediation experiments performed on laboratory soil microcosms. The aim of the study was to determine if the time course biodegradation profile of the contaminant can be related to the RQ evolution and to investigate the effect of the water content on RQ measurements. A natural soil was artificially contaminated with hexadecane and adjusted with inorganic nutrients to stimulate biodegradation. Microbial growth, CO2 production, O2 uptake and residual hexadecane were periodically monitored at different soil water contents ranging from 0.15 to 0.35 g water g−1 of dry soil. Results showed that microbial activity and contaminant degradation were strongly dependent on soil water content. Maximal growth and hexadecane depletion were obtained at a water content of 0.20 g water g−1 of dry soil, which corresponded to 46.6% of the water holding capacity. Hexadecane degradation was considerably reduced with increasing soil water content. RQ values fluctuated as a function of the hexadecane biodegradation phases. The lowest RQs corresponded to the highest hexadecane depletion and microbial growth. The water content variation did not significantly affect the shape of the RQ evolution curves as a function of time. It only modified the magnitude of RQ values. This study indicates that additional biological and chemical analyses are needed to support RQ data when monitoring contaminant degradation to have an accurate understanding of all the biotic processes, which may occur simultaneously.

The great flexibility of a view camera allows to take high quality photographs that would not be possible any other way. But making a given object into focus is a long and tedious task, although the underlying laws are well known. This paper presents the result of a project which has lead to the design of a computer controlled view camera and to its companion software. Thanks to the high precision machining of its components, and to the known optical parameters of lenses and sensor, we have been able to consider a reliable mathematical model of the view camera, allowing the acquisition of 3D coordinates to build a geometrical model of the object. Then many problems can be solved, e.g. minimizing the f-number while maintaining the object within the depth of field, which takes the form of a constrained optimization problem. All optimization algorithms have been validated on a virtual view camera before implementation on the prototype, 17 pages, 19 figures

This paper deals with the modeling and the mathematical analysis of problems involving a rectangular container installed on a cart. The overall system is controlled via a longitudinal force in order to move the cart from one location to another, and the key problem is the suppression of sloshing during transportation. We firstly make a precise mathematical analysis of the model in order to obtain a system under an adequate form, in order to study some controllability and stabilization problems with standard techniques. Note that in this paper, we want to control and stabilize simultaneously the fluid and the cart. We show that the system is not approximately controllable in finite time, but only on [0, infin). We also study the stabilization of the system with two different static feedbacks. The first feedback uses the observation of the cart speed only. The second feedback uses the cart speed and a measurement of the elevation of the free surface of the fluid in the container. We show that strong stability holds in both cases, although the coupled system is not dissipative for the second type of feedback

Suppose that univariate data are drawn from a mixture of two distributions that are equal up to a shift parameter. Such a model is known to be nonidentifiable from a nonparametric viewpoint. However, if we assume that the unknown mixed distribution is symmetric, we obtain the identifiability of this model, which is then defined by four unknown parameters: the mixing proportion, two location parameters and the cumulative distribution function of the symmetric mixed distribution. We propose estimators for these four parameters when no training data is available. Our estimators are shown to be strongly consistent under mild regularity assumptions and their convergence rates are studied. Their finite-sample properties are illustrated by a Monte Carlo study and our method is applied to real data., Published at http://dx.doi.org/10.1214/009053606000000353 in the Annals of Statistics (http://www.imstat.org/aos/) by the Institute of Mathematical Statistics (http://www.imstat.org)

Deals with the modeling and the mathematical analysis of problems involving a rectangular container. The container is controlled via a longitudinal acceleration in order to move it from one location to another, and the key problem is the suppression of sloshing during transportation. Practical control problems involving this system have been studied, from a numerical and experimental point of view. For these aspects we refer to Terashima et al. (1993), where the mathematical analysis is not deep enough for the study of controllability or stabilization problems. Here we develop a suitable theoretical framework which is similar to the one used by Mottelet (2000), since the physical system is the same, but with different input and output operators. This framework allows us to show that approximate controllability in finite time does not hold. We also study the stability of the system when the elevation of the surface is measured at the right end of the container, and a static negative acceleration feedback is used. We show that strong stability holds (but with a non-uniform decay), although the perturbation caused by the feedback on the system operator is not dissipative in the natural topology.

We study the problem of designing a feedback controller for wave generators in a canal. The goal is to obtain a progressive wave at the surface by acting on plane generators at each side of a rectangular canal. The model of such a system is given by a classical linear model of shallow waters which leads to an hyperbolic equation. We formulate the problem within the additive uncertainty framework for Callier-Desoer systems and we use the standard algorithm of Doyle et al. to obtain a finite dimensional controller that ensures robust stability of the closed loop system and a prespecified performance level in a narrow frequency band. Numerical results show that we are able to create and maintain a progressive wave on the surface of the canal with this controller. We also give as a benchmark numerical and experimental results on the open loop approach of this problem.

We study the problem of designing a feedback controller for wave generators in a canal. The goal is to obtain a progressive wave at the surface by acting on plane generators at each side of a rectangular canal. The model of such a system is given by a classical linear model of shallow waters which leads to a damped „hyperbolic” equation. We formulate the problem within the additive uncertainty framework for Callier-Desoer systems and we then use the standard algorithm of Doyle and al. to derive a finite dimensional controller that ensures robust stability of the closed loop system and a prespecified performance level in a narrow frequency band. Numerical results show that we are able to create and maintain a progressive wave on the surface of the canal with this controller. We also show that the closed loop system remains stable with variations of the damping parameter.

Le développement des unités de post-dénitrification dans les stations d’épuration de l’agglomération parisienne a fait réémerger la problématique du nitrite dans les eaux de Seine en aval de Paris. Le contrôle de l’apparition des nitrites au cours de l’étape de post-dénitrification est donc devenu un enjeu technique majeur. Des études visant à mieux appréhender les mécanismes d’apparition du nitrite lors de la dénitrification des eaux usées et à étudier des évolutions techniques (métrologie et boucles de contrôle-commande des procédés) à mettre en oeuvre sur les usines pour contrôler et limiter sa production ont été engagées dans le cadre du programme Mocopée (www.mocopee.com). De précédents travaux ont montré que les modes usuels d’injection du méthanol ne permettent pas de s’assurer de la stabilité du rapport C/N dans le réacteur biologique et conduisent à une production erratique et incontrôlée de nitrites. La possibilité d’ajouter une « commande sans modèle » à la commande classique a donc été testée à l’aide du modèle mathématique SimBio, modèle permettant de simuler le fonctionnement des unités de biofiltration. La commande sans modèle placée « en fin de traitement », et basée sur la concentration en nitrites mesurée en sortie de procédé, se greffe à la méthode de contrôle classique en y apportant des corrections seulement au besoin. Les résultats des simulations montrent qu’une régulation des injections de méthanol basée sur la « commande sans modèle » permet de stabiliser et maîtriser le nitrite dans le rejet, sans induire d’augmentation des quantités de méthanol injectées., The recent popularity of post-denitrification processes in the greater Paris area wastewater treatment plants has caused a resurgence of the presence of nitrite in the Seine River. Controlling the production of nitrite during the post-denitrification process has thus become a major technical issue. Research studies have been led in the MOCOPEE program (www.mocopee.com) to better understand the underlying mechanisms behind the production of nitrite during wastewater denitrification and to develop technical tools (measurement and control solutions) to assist on-site reductions of nitrite production. Prior studies have shown that typical methanol dosage strategies produce a varying carbon-to-nitrogen ratio in the reactor, which in turn leads to unstable nitrite concentrations in the effluent. The possibility of adding a model-free control to the actual classical dosage strategy has thus been tested on the SimBio model, which simulates the behaviour of wastewater biofilters. The corresponding “intelligent” feedback loop, which is using effluent nitrite concentrations, compensates the classical strategy only when needed. Simulation results show a clear improvement in average nitrite concentration level and level stability in the effluent, without a notable increase in the cost in methanol.

La France a montré une réelle intention de développer le secteur de la méthanisation, notamment au travers de la loi de transition énergétique pour la croissance verte. Cette loi donne pour objectif national une consommation énergétique totale réduite de 20% en 2030 puis de 50% en 2050 par rapport à 2012. La stratégie française pour le climat est représentée à travers la programmation pluriannuelle de l’énergie (PEE). Celui-ci établit les priorités d’action du gouvernement sur les 10 années à venir en matière d’énergie. L’actuel PPE couvre donc les périodes 2019-2023 et 2024-2028. Concernant la méthanisation, l’objectif fixé par le PEE est de 6 TWh de production en 2023 et 14 TWh en 2028 en France. Les coûts de productions sont également prévus à la baisse avec une réduction de 95€/MWh à 67 €/MWh en 2023 puis 60 €/MWh en 2028. Il faut donc produire plus et moins cher, la méthanisation étant un procédé complexe possédant de nombreux verrous technologiques. La problématique environnementale actuelle nécessite de multiplier le nombre d’unités en fonctionnement et d’optimiser celles déjà existantes. L’utilisation de l’outil numérique est donc incontournable pour développer les connaissances acquises sur le procédé de méthanisation ainsi que pour accompagner cette optimisation. L’objectif de ces travaux est donc de concevoir un matériel adapté au budget et aux contraintes expérimentales, d'optimiser à la fois la composition en substrats et les valeurs des paramètres opératoires de la méthanisation en voie sèche en une seule expérience et de valider l’incertitude des résultats expérimentaux avec la meilleure précision possible. La fusion des plans factoriels et des plans de mélanges en un seul plan d’expériences permet un gain de temps considérable et une comparaison des résultats sans biais L’outil de bootstrapping fournit une fiabilité supplémentaire aux résultats et permet de se passer d’une expérience de validation Cela demande toutefois des résultats expérimentaux représentatifs du phénomène et donc des résultats fiables., Les auteurs remercient le FEDER et le programme MOCOPEE pour le soutien financier de ces travaux de recherche et l'allocation de thèse.

Suite à une étude des paramètres hydrodispersifs issus de la distribution des temps de séjour, un couplage entre un modèle biologique simplifié de l’AM2 adapté à la méthanisation en voie sèche et un modèle hydrodynamique à double porosité a été conçu, vérifié et testé sur un triplicat de réacteurs batch sacrificiels en 60L. Le substrat utilisé est le fumier bovin seul et l’inoculum le lisier bovin. Différentes mesures ont été effectuées afin de mesurer les différents solutés en DCO et d’optimiser l’identification des paramètres cinétiques du modèle. Ce modèle apporte de nouvelles considérations concernant l’impact de la microporosité et de la macroporosité au sein du processus biologique de la méthanisation en voie solide, dans le but d’améliorer la compréhension de ce phénomène et de développer un nouveau modèle de prédiction. Les résultats obtenus fournissent une évolution linéaire de la macroporosité et de la microporosité par rapport au temps. Différentes hypothèses ont été formulées dont l’absence de réactions biochimiques au sein de la phase mobile hormis l’étape d’hydrolyse, la cinétique d’hydrolyse d’ordre 1 et l’absence de monomères dégradables et d’AGV dans le fumier entrant. Les résultats de modélisation fournissent une forte sensibilité de chaque paramètre cinétique du modèle, en particulier pour la cinétique d’hydrolyse et les coefficients de rendement des étapes d’acidogénèse et de méthanogenèse. De plus, la calibration du modèle est très sensible à l’initialisation des constantes recherchées. Le comportement des différents solutés au sein des phases mobiles et immobiles présente des comportements différents pour chaque espèce, encore une fois très sensible à l’initialisation réalisée., Les auteurs remercient le FEDER et le programme MOCOPEE pour le soutien financier de ces travaux de recherche et l'allocation de thèse.

Environmental bioprocesses are gaining importance in the industrial landscape. Nevertheless, the complexity of mechanisms involved in biological reactions stays an issue for their implementation. Moreover, available measurements of biological activity are often off-line and/or indirect. In this context, phenomenological modeling tools are a solution to link observations of the system to underlying biological reactions, considering the right hypotheses. These methods require a rigorous sensitivity analysis in order to properly process the results. Thus, the models permit to obtain precise knowledge about biological systems thanks to indirect measurement. This approach was developed throughout two cases of study corresponding to two industrial fields of application.Bioremediation is the most ecological method for hydrocarbons contaminated soils remediation. Nevertheless, biodegradation can be long or absent depending on environmental conditions. In order to measure its efficiency, respiration measurement in the gas phase seems to be the easiest observation to implement. Oxygen measurement can be insufficient on its own, that is why a model able to describe the evolution of the apparent respiratory quotient has been developed considering the different steps of biodegradation. This observation alone could give insights on the efficiency of biodegradation.The second part of this work deals with activated sludge wastewater treatment using the theoretical approach developed for soil bioremediation. The efficiency of the process depends on the excess production of sludge, which is linked to the heterotrophic yield of the reaction. This parameter is a key component for modeling and optimization of wastewater treatment plant. Most of the time, its common definition is not sufficient to explain its observed variations. In this context, several phenomenological models derived from the activated sludge models were studied to explain these variations, taking into account the substrate storage process. An experimental study was conducted in order to confront the reactional hypothesis of the models to actual measurements of single substrate degradations in respirometer. The balance between substrate storage and direct growth was proposed as a main component of the yield value. This study resulted in a necessary clarification of the heterotrophic yield definition., Les bioprocédés environnementaux prennent une place de plus en plus importante dans le paysage industriel mondial. La complexité et la diversité des processus impliqués dans les réactions biologiques de dégradation des polluants limitent considérablement la compréhension et l'utilisation de ces procédés. De plus, les mesures disponibles pour le suivi de cette activité sont souvent hors-ligne et/ou indirectes. Dans ce cadre, les outils de modélisation phénoménologique permettent, via le choix d'hypothèses judicieuses, de lier les observations du système aux processus biologiques sous-jacents. Ces méthodes nécessitent néanmoins l'application d'une étude rigoureuse d'identifiabilité afin de pouvoir exploiter correctement les résultats obtenus. Les modèles ainsi développés permettent de capitaliser des connaissances sur la description des processus biologiques grâce aux mesures effectués sur le système. Cette approche a été développée au travers de deux cas d'étude, correspondant à deux domaines d'application industrielleLa bioremédiation des sols contaminés aux hydrocarbures constitue la méthode la plus écologique de traitement des sols. Néanmoins, le processus de biodégradation peut être long voire, inexistant en fonction des conditions environnementales. Afin de mesurer l'efficacité de la dégradation, la mesure de la respiration en phase gaz apparaît comme étant l'observation la plus facile à mettre en œuvre. Le problème est que la simple mesure de la consommation d'oxygène est généralement insuffisante. Pour répondre à cette limite, un modèle capable d'expliquer les évolutions du quotient respiratoire apparent grâce aux différentes étapes de la biodégradation a été développé. Cette mesure pourrait alors donner une indication sur l'efficacité de la biodégradation.La seconde partie de ce travail, plus conséquente, s'intéresse à l'épuration des eaux usées par boues activées, elle reprend et amplifie l'approche méthodologique développée pour la biomédiation des sols. L'efficacité de ce traitement des eaux est grandement liée à la production de boues en excès, exprimée par le rendement hétérotrophe. Ce paramètre difficile à maitriser constitue une information primordiale pour la modélisation et la conduite des stations d'épurations. Il apparaît néanmoins que sa définition usuelle ne suffit pas à expliquer ses variations observées. Dans ce cadre, différents modèles phénoménologiques issus des travaux du groupe de travail ASM (Activated Sludge Modeling) ont été étudiés afin de décrire les variations de ce rendement apparent en introduisants les hypothèses réactionnelles liées au stockage du substrat. Une étude expérimentale en laboratoire a permis de confronter ces hypothèses à des mesures de dégradation de substrats purs par des boues activées en respiromètre. L'équilibre entre le stockage du substrat et la croissance bactérienne a ainsi été proposé comme source d'influence majeure sur la valeur du rendement. Ce travail a abouti à une clarification nécessaire de la définition du rendement hétérotrophe.

Environmental bioprocesses are gaining importance in the industrial landscape. Nevertheless, the complexity of mechanisms involved in biological reactions stays an issue for their implementation. Moreover, available measurements of biological activity are often off-line and/or indirect. In this context, phenomenological modeling tools are a solution to link observations of the system to underlying biological reactions, considering the right hypotheses. These methods require a rigorous sensitivity analysis in order to properly process the results. Thus, the models permit to obtain precise knowledge about biological systems thanks to indirect measurement. This approach was developed throughout two cases of study corresponding to two industrial fields of application.Bioremediation is the most ecological method for hydrocarbons contaminated soils remediation. Nevertheless, biodegradation can be long or absent depending on environmental conditions. In order to measure its efficiency, respiration measurement in the gas phase seems to be the easiest observation to implement. Oxygen measurement can be insufficient on its own, that is why a model able to describe the evolution of the apparent respiratory quotient has been developed considering the different steps of biodegradation. This observation alone could give insights on the efficiency of biodegradation.The second part of this work deals with activated sludge wastewater treatment using the theoretical approach developed for soil bioremediation. The efficiency of the process depends on the excess production of sludge, which is linked to the heterotrophic yield of the reaction. This parameter is a key component for modeling and optimization of wastewater treatment plant. Most of the time, its common definition is not sufficient to explain its observed variations. In this context, several phenomenological models derived from the activated sludge models were studied to explain these variations, taking into account the substrate storage process. An experimental study was conducted in order to confront the reactional hypothesis of the models to actual measurements of single substrate degradations in respirometer. The balance between substrate storage and direct growth was proposed as a main component of the yield value. This study resulted in a necessary clarification of the heterotrophic yield definition., Les bioprocédés environnementaux prennent une place de plus en plus importante dans le paysage industriel mondial. La complexité et la diversité des processus impliqués dans les réactions biologiques de dégradation des polluants limitent considérablement la compréhension et l'utilisation de ces procédés. De plus, les mesures disponibles pour le suivi de cette activité sont souvent hors-ligne et/ou indirectes. Dans ce cadre, les outils de modélisation phénoménologique permettent, via le choix d'hypothèses judicieuses, de lier les observations du système aux processus biologiques sous-jacents. Ces méthodes nécessitent néanmoins l'application d'une étude rigoureuse d'identifiabilité afin de pouvoir exploiter correctement les résultats obtenus. Les modèles ainsi développés permettent de capitaliser des connaissances sur la description des processus biologiques grâce aux mesures effectués sur le système. Cette approche a été développée au travers de deux cas d'étude, correspondant à deux domaines d'application industrielleLa bioremédiation des sols contaminés aux hydrocarbures constitue la méthode la plus écologique de traitement des sols. Néanmoins, le processus de biodégradation peut être long voire, inexistant en fonction des conditions environnementales. Afin de mesurer l'efficacité de la dégradation, la mesure de la respiration en phase gaz apparaît comme étant l'observation la plus facile à mettre en œuvre. Le problème est que la simple mesure de la consommation d'oxygène est généralement insuffisante. Pour répondre à cette limite, un modèle capable d'expliquer les évolutions du quotient respiratoire apparent grâce aux différentes étapes de la biodégradation a été développé. Cette mesure pourrait alors donner une indication sur l'efficacité de la biodégradation.La seconde partie de ce travail, plus conséquente, s'intéresse à l'épuration des eaux usées par boues activées, elle reprend et amplifie l'approche méthodologique développée pour la biomédiation des sols. L'efficacité de ce traitement des eaux est grandement liée à la production de boues en excès, exprimée par le rendement hétérotrophe. Ce paramètre difficile à maitriser constitue une information primordiale pour la modélisation et la conduite des stations d'épurations. Il apparaît néanmoins que sa définition usuelle ne suffit pas à expliquer ses variations observées. Dans ce cadre, différents modèles phénoménologiques issus des travaux du groupe de travail ASM (Activated Sludge Modeling) ont été étudiés afin de décrire les variations de ce rendement apparent en introduisants les hypothèses réactionnelles liées au stockage du substrat. Une étude expérimentale en laboratoire a permis de confronter ces hypothèses à des mesures de dégradation de substrats purs par des boues activées en respiromètre. L'équilibre entre le stockage du substrat et la croissance bactérienne a ainsi été proposé comme source d'influence majeure sur la valeur du rendement. Ce travail a abouti à une clarification nécessaire de la définition du rendement hétérotrophe.