Liste des Thèses de doctorat
Contribution au Réglage de Correcteurs PIαDβ d’Ordre Fractionnaire
In this work, a new tuning method for fractional order PIλDµ controller was proposed. This method consists of designing a fractional PIλDµ controller, in unit feedback control loop, such that the closed loop system will be equivalent to the desired model. The reference model used in this work, which is Bode's ideal transfer function, is a widely used function in the fractional order control domain because of its iso-damping property, which is an important robustness feature. Indeed, the five parameters of PIλDµ are derived analytically from step response of theprocess to be controlled and the parameters of the desired system that was selected form design specifications, and therefore, six steps of calculation allows to calculate the five parameters of fractional PIλDµ. This analytical formulation make the method more practice and very simple. Illustrative examples were presented to validate this new approach. In the second part of this work is an extension of the proposed tuning method. The proposed strategy consists to apply a self-tuned PIλDµ for controlling a speed of a wind turbine in an electric power production plant. Indeed, by using a linearized model about a specified operating point, the controller's parameters were adjusted, with online implementation of the proposed tuning method, to get robust behavior of closed loop system in term of parameters variation. Voir les détails
Mots clés : Bode’s ideal function, fractional PIλDµ controller, iso-damping property, Robustness
CONTRIBUTION A L’ETUDE DU COMPORTEMENT MECANIQUE DES STRATIFIES PERLON- VERRE- ACRYLIQUE SOUS DIFFERENTES SOLLICITATIONS
L’étude du comportement mécanique des stratifiés perlon verre acrylique sous différentes sollicitations restent d’une importance et d’un intérêt certain et confirmé pour l’industrie biomédicale à usage orthopédique. Ce travail se rapportant à des études théoriques et expérimentales du comportement en statique et en fatigue a été mené sur des éprouvettes prismatiques d’un stratifié verre- perlon acrylique à usage orthopédique. Trois types d’architecture reposant des 3 types d’empilement symétrique ont été élaborés et caractérisés. L’étude statique a permis de mettre en évidence les effets des séquences d’empilement de la stratification et les influences significatives du sens de découpe des échantillons par rapport au sens de moulage sur le comportement et les propriétés mécaniques de ces stratifiés. Les résultats obtenus ont montré la nécessité de mieux comprendre et de maitriser les mécanismes d’endommagement de ces matériaux. L’aspect probabiliste de la rupture est décrit de façon satisfaisante par le modèle de Weibull à deux paramètres. Des essais de choc sur des éprouvettes entaillées ont permis d’évaluer la ténacité dynamique de ces produits en appliquant la méthode de J.G. Williams. L’effet de la forme d’entaille sur ce paramètre est mise en évidence. Les résultats des essais de fatigue répétée sur le produit à empilement 2P2V-2P se caractérisent par une dispersion importante. Celle-ci qui est la conséquence de l’hétérogénéité de la structure du matériau ainsi que de la dispersion de l’essai de fatigue lui même empêche toute prévision de la durée de vie avec une bonne probabilité à l’aide de la courbe de Wôhler. Voir les détails
Mots clés : stratifiés perlon verre acrylique, méthode de J.G. Williams, courbe de Wôhler
Contribution à l'étude de la texture, l'anisotropie et le comportement mécanique des soudure de l'alliage de titane Ti-6Al-4V.
Ce travail de thèse est focalisé sur deux parties : La première partie, la texture de déformation après laminage à froid et après essai de traction d'une tôle de l’alliage industriel Ti-6Al-4V (%en poids) a été étudiée par diffraction des rayons X. L'alliage a été soumis à un laminage à froid à différentes réductions d'épaisseur (de 20% à 60%), puis des essais de traction ont été réalisés selon trois directions par rapport à la direction de laminage (0 °, 45 ° et 90 °). Les résultats expérimentaux ont été comparés à des résultats qui existent dans la littérature et discutées en termes des micro-mécanismes de la déformation plastiques et leur activation. L’anisotropie plastique macroscopique a était étudier par la détermination du coefficient de LANKFORD et un model qui décrit le critère anisotrope des tôles de l’alliage étudié a été appliqué. La deuxième partie concerne l’étude du comportement mécanique des soudures de l’alliage Ti-6Al-4V. Pour cela nous avons réalisé des soudures TIG en cet alliage, diffèrent paramètres et procédés de soudage ont été appliqués, tel qu’un procède manuel et automatique avec une variation de courant et la fréquence de soudage. Malgré les nombreux articles traitant l’évolution de la microstructure et le comportement mécanique des soudures par le procédé TIG des alliages de titane, des informations concernant l'effet de procédé TIG pulsé sur l’évolution de la microstructure et les contraintes résiduelles dans l'alliage Ti-6Al-4V doit être plus détaillé. Pour cela, une grande partie de cette thèse se concentre sur l'effet des procédés de soudage TIG pulsé et non puisées sur la microstructure et les contraintes résiduelles dans les soudures de l’alliage Ti-6Al-4V. Les distributions des contraintes résiduelles sont discutées et liées à l'évolution de la microstructure pour les différents cas de soudage. Nous analysons l’évolution des contraintes résiduelles dans les soudure par la diffraction des rayons X (DRX) en utilisant la méthode des sin2ψ suivant la méthodologie indiquée dans la norme européenne NF EN (2009). Une étude comparative entre deux procédés (manuel et automatique) a été menée et les résultats ont été discutés en termes d’évolution de la microstructure, les contraintes résiduelles et le comportement à la traction des différentes soudures. Voir les détails
Mots clés : texture cristallographique, Contraintes residuelles, Anisotropie
Produits de pulvérisation cathodique magnétron d’alliages légers à base d’aluminium -Caractérisations microstructurales et physico-chimiques-
Ce travail de thèse porte sur l’étude structurale, électrique et magnétique de couchesminces Al1-x-Mnx brutes d’élaboration et traitées thermiquement à 500 °C. Les alliages binaires aluminium-manganèse avec des concentrations de 10 jusqu’à 41 at.% Mn, ont étéélaborés par co-pulvérisation cathodique magnétron (DC) à partir de cibles pures dans uneatmosphère d’argon à basse pression.Plusieurs moyens d’investigations ont été utilisés pour la caractérisation de cesdépôts : la diffraction de rayons X, l’étude de la morphologie et de la composition chimiquepar microscopie électronique à balayage. Les propriétés de transport électrique ont étéétudiées par des mesures d’effet Hall et les caractéristiques magnétiques à la températureambiante ont été évaluées par magnétomètre à échantillon vibrant (VSM).L’évolution de la microstructure a révélé que les dépôts bruts d’élaboration sontmétastables avec une structure cristalline sursaturée en Mn et tend à être amorphe ou malordonnée pour les teneurs en éléments d’addition les plus élevées. Après maintien isotherme à500 °C pendant 1 heure, les analyses DRX révèlent que tous les films tendent à revenir àl’équilibre thermodynamique et montrent des structures cristallines à des degrés différents parrapport au diagramme d’équilibre thermodynamique. Les propriétés électriques etmagnétiques des films Al-Mn après le recuit sont fortement influencées par la concentrationen Mn et par le post-traitement. Voir les détails
Mots clés : alliages aluminium-manganèse, couche mince, PVD, traitement thermique, caractérisations
Contribution à l’Etude du Choix Optimal de l’Emplacement du Dispositif UPFC dans les Réseaux Electriques en Utilisant une des Méthodes Artificielles
With the increasing electric power demand, the operation of power system becomes more complex to operate within the indices power quality, and therefore will become less secure. The advent of Flexible Alternating Current Transmission Systems (FACTS) technology has coincided with the major restructuring of the electrical power industry; it can provide significant benefits in increasing system transmission capacity and power flow control flexibility and rapidity. Several types of FACTS exist and choosing the appropriate device depends on the objectives to reach. Unified Power Flow Controller (UPFC) is one of the most effective FACTS devices for enhancing power system security; however, to what extent the performance of UPFC can be brought out, it highly depends upon the location and parameter setting of this device in the system. A lot of research has been done on determining the optimal locations of FACTS devices in power systems. There are several methods permitting to find the optimal locations of FACTS devices according to specified criteria and constraints. Among these methods are found the Genetic Algorithm (GA) method. The latter is a global search and optimization technique which is based on the mechanisms of natural selection and genetics; it can search several possible solutions simultaneously and do not require any prior knowledge of the objective function. In this thesis, genetic algorithms technique is used to solve the problem of choosing the location and rating of FACTS to install. Five types of FACTS devices have been used in this study namely: SVC, TCSC, TCVR, TCPST and UPFC. These FACTS devices are used to maximize the system loadability in the network. Their position and size are determined using coefficients calculated when the load increases. To validate the efficacy of the technique used, has been applied on many IEEE standard electrical network test (14, 30 and 57 bus) using the MATLAB program. Voir les détails
Mots clés : Indices power quality, FACTS, UPFC, GA, global optimization, objective function, SVC, TCSC, TCVR, TCPST, loadability, MATLAB program
Synthèse et étude des propriétés structurales et physiques des Nanocristaux par co-implantation ionique
L’implantation ionique a connu un grand essor ces dernières années dans la technologie des semi-conducteurs pour la formation des nanoparticules à des profondeurs contrôlées. Pour le synthétiser, le nitrure d’indium est implanté sur deux substrats : le silicium (Si) et le dioxyde de silicium (SiO2). L’implantation de l’indium et de l’azote a été réalisée sur le substrat de silicium <111> avec des énergies (13 ,35 keV) pour N et (10, 46, 180) KeV pour In et une dose moyenne de 4.30×1016 at./cm2 . L’autre implantation a été sur le dioxyde de silicium d'une épaisseur de 260 nm. Les énergies d'implantations sont (23, 63, 180KeV) pour In et (12 ,28 keV) N avec une dose moyenne de 5.20×1016 at./cm2 . Les énergies ont été choisies pour atteindre une concentration atomique de 5 à 10% à une profondeur moyenne d'environ 100 nm. Nous avons effectué des traitements thermiques sur ces derniers à 500°C suivis par un recuit complémentaire à 900°C avec la croissance du temps de recuit allant de 10 min à 9h sous un flux d’azote. Ces traitements servent à guérir les défauts de structure pour différents temps de recuit. Les analyses RBS montrent un réarrangement des atomes d’indium dans les deux matrices (Si et SiO2) à des profondeurs bien déterminées. Les échantillons ont été caractérisés par des analyses morphologique (AFM et MEB), structurales par (RBS, DRX, TEM) et optiques (Spectroscopie Raman, Spectrophotométrie UVVisible et Photoluminescence). La caractérisation structurale des nanoparticules InN dans le SiO2 confirme la formation d’InN stœchiométrique dans la phase Hexagonale, la taille de nanoparticule entre 10 -18 nm. Les mesures de photoluminescence par laser, à température ambiante, montrent un déplacement du spectre vers les grandes longueurs d’onde (décalage vers le rouge de 620 nm à 696 nm) avec la l’augmentation du temps de recuit. Dans la seconde partie de ce travail, nos avons utilisé les résultats expérimentaux comme paramètres d’entrée pour une méthode ab-initio, en l’occurrence la méthode des ondes planes augmentées linéarisées (FP-LAPW) afin d’étudier les propriétés structurales, électroniques et optiques de l’InN. Dans ce cadre, la théorie de la fonctionnelle de densité (DFT), avec les approximations du gradient généralisé (GGA) et de la densité locale (LDA), a été utilisée. Les paramètres d’équilibre ont été déterminés à savoir : le paramètre du réseau, le module de compressibilité et sa dérivée. Nos résultats sont en parfaite concordance avec les travaux disponibles dans la littérature. L’investigation des propriétés électroniques a montré l’existence d’un gap direct suivant la direction de haute symétrie Γ→Γ. Dans la partie optique, plusieurs grandeurs ont été étudiées, notamment la fonction diélectrique où on a pu, à partir de sa partie imaginaire, déceler les différentes transitions inter-bandes. Voir les détails
Mots clés : FP-LAPW, densité locale (LDA)
Modélisation de la propagation des solitons dans un milieu non linéaire
L'équation de Korteweg-de Vries (KdV) constitue un modèle unidimensionnel générique pour l'étude de la propagation non linéaire des ondes dans les milieux physiques faiblement dispersifs. Elle joue un rôle prédominant dans la théorie des solitons du fait qu’elle modélise une variétés de phénomènes non linéaires, y compris les ondes acoustiques ioniques dans les plasmas, les ondes en eau peu profonde et bien d’autres.Une question évidente se pose : comment est la propagation des ondes lorsqu’elles se déplacent sur une surface non-uni-dimensionnelle ? Qui est, bien sûr, la situation physique. Dans ce contexte, un travail de recherche approfondi a été fait dans le développement de modèles de dimension supérieure, en particulier ceux à deux dimensions. La généralisation à deux dimensions la plus naturelle de l’équation KdV est celle dérivée par Novikov et Veselov, appelée L’équation de Novikov-Veselov (NV).L’objectif de ce travail de thèse est l’étude, essentiellement théorique, des propriétés de propagation non linéaire des ondes au sein des systèmes modélisés par l’équation NovikovVeselov. La construction des solutions de type soliton a été faite. De plus, l’étude de la dynamique de propagation non linéaire des solitons pour différentes variantes de l’équation NV a été réalisée. Ce travail a fait l’objet d’une publication internationale dans le journal Applied Mathematical Modelling. Voir les détails
Mots clés : L’équation de Novikov-Veselov (NV), L'équation de Korteweg de Vries (KdV)
Contrôle Non-Destructif, par la Technique Ultrasonore, Des Matériaux Composites
Ce travail a pour but d'affiner deux techniques ultrasonores utilisées pour le contrôle non-destructif des matériaux composites. Nous nous sommes intéressés dans un premier temps à caractériser un défaut du décollement qui peut apparaitre dans une structure composite complexe de type aéronautique par ondes guidées de Lamb. Il s'agit d'une structure sandwich constituée par deux peaux en aluminium et d'un noyau à nid d'abeille métallique. Une étude théorique de la propagation des ondes guidées de Lamb dans une plaque d'aluminium a permis de prédire la sensibilité des deux premiers modes S et A au décollement qui se produit entre la plaque d'aluminium (peau) et le noyau. Des expériences ont été réalisées afin d'étudier l'interaction des modes S0 et A0 avec le décollement, et cela pour des fréquences basses. Le mode S0 a été testé pour plusieurs fréquences, ainsi il a été comparé au mode A0 en terme de sensibilité pour une fréquence de 500 KHz. Il ressort de cette étude que la sensibilité d'une onde guidée de Lamb au défaut de décollement dépend, de la composante transversale du déplacement à la frontière de la peau. Dans un second temps, nous nous sommes focalisés sur le contrôle des matériaux composites à matrice polymère à fibres de verre par la technique d'émission acoustique. Dans cette partie, deux problématiques ont été abordées. La première consiste à développer une nouvelle technique basée sur la représentation parcimonieuse des signaux pour discriminer les signaux d'émission acoustique représentatifs des différents mécanismes d'endommagement. Cette technique consiste à établir un modèle sous forme d'un dictionnaire de formes d’ondes spécifiques aux mécanismes d'endommagement qui sont susceptible d'apparaitre dans les composites étudiés. A cet effet, l’étude a été basée sur des essais élémentaires effectués sur des éprouvettes modèles permettant d’isoler un mécanisme source. En particulier, les éprouvettes en résine époxy ont permis de générer les mécanismes associés à la fissuration matricielle. Les éprouvettes en composites unidirectionnels, sollicitées à 90°, 45° par rapport à l’orientation des fibres, ont permis de générer les mécanismes d’endommagement les plus émissifs, à savoir : la décohésion fibre/matrice, la microfissuration matricielle et la propagation de fissures. Une analyse des signaux enregistrés en appliquant des méthodes avancées en traitement du signal a permis de distinguer les différentes signatures acoustiques ainsi de rassembler des signaux ayant des caractéristiques similaires. Ces derniers sont utilisés pour l'apprentissage du dictionnaire. La procédure de classification proposée a été examinée sur les signaux d'apprentissage ainsi sur des signaux tests. Cette étude a montré l'intérêt apporté par les représentations parcimonieuses des signaux pour les suivis des mécanismes d’endommagement dans les matériaux composites. La deuxième problématique concerne l'amélioration de l'analyse des signaux d'émission acoustique. Cette étude avait pour but d'incorporer les signaux d'EA de très faible amplitude dans le processus d'analyse et de caractérisation de l'endommagent. Ces signaux, considérés habituellement comme sources de bruit sont recueillis en fixant le seuil d'acquisition du système d'EA à une valeur inférieur à l'amplitude maximale de bruit en registré. Ce travail a nécessité d'une part, l'emploi d'une technique de débruitage qui permet d'améliorer le rapport signal à bruit des signaux, et d'autre part de séparer les signaux de bruit réel à ceux liés aux sources d'endommagement. En particulier, une méthode de débruitage par la transformée en ondelettes continue en utilisant une technique de seuillage doux a été proposée. En outre, les signaux associés au bruit réel sont identifiés à l'aide du critère S.F.M (Spectral Flatness Measure). Cette procédure a offert la possibilité d'explorer des signaux précurseurs auparavant inaccessibles. Voir les détails
Mots clés : Guided Lamb waves, non destructif testing, acoustic emission, continuos wavelet
ANALYSE DE L’INTERACTION HOMME - ROBOT DANS LES SYSTEMES SUPERVISES MULTIMODAUX
Le contrôle et la commande des systèmes supervisés locaux ou distants et destinés a la conduite des missions et des taches complexes requièrent différents niveaux et modes d'interaction avec l'operateur humain compte tenu des différentes situations rencontrées. Des exemples de tels systèmes se retrouvent dans de nombreux domaines d'applications y compris des domaines critiques comme l'art militaire, le démantèlement de centrales nucléaires, l'exploration spatiale, la télé-chirurgie, etc.Le sujet est donc relatif à un domaine très complexe de la technologie du futur. Il a pour objectif d'effectuer l'analyse, le développement, l'implémentation ainsi que l'évaluation des performances d'une interface multimodale destinée a assurer une interaction Homme-Robot flexible et adaptable. Cette interface multimodale sera le pivot du système global Homme-Robot et s'inspire de l'interaction naturelle Homme-Homme qui exploite et combine des modes de commande de haut-niveau (paroles, gestes, localisation d'objets par la vision, manipulation manuelle). L’objectif principal de ce sujet de thèse consiste à effectuer une analyse de l’interaction homme robot dans les systèmes supervisés multimodaux. Il est question d'étudier l'influence de la nature et du nombre de modes disponibles, des facteurs humains, des performances du système opérationnel à conduire, du degré de complexité de la tache ou de la mission à accomplir. Bien entendu, de part sa propre complexité du à la multiplicité des modes et aux possibilités de leurs combinaisons; le degré de complexité structurelle du système devrait augmenter et mobiliser les multiples compétences sensorielles de l'operateur. Mais de part la conception adoptée qui est centrée utilisateur et de niveau d'abstraction élevé, la complexité fonctionnelle et opérationnelle du système global sera masquée permettant une flexibilité et une adaptabilité d'utilisation pour assurer de meilleures performances.Les contributions majeures de cette thèse sont :• Le développement d’une interface multimodale combinant différents modes de commande de haut niveau: la commande vocale, la commande gestuelle, la commande par pointage sur image (click-and-Point) et la commande manuelle par joystick. • La conception et la réalisation d’un nouveau système robotisé qui est le robot parallèle à câbles. Du fait de leurs caractéristiques particulières, ces robots ouvrent des axes de recherche pour des applications originales, en particulier dans le domaines de la réhabilitation.• Le développement d’une application originale qui est l'utilisation d'un robot à 4 câbles dans une classe spéciale pour un centre de réhabilitation et d'apprentissage exploitant la multimodalité.• Proposition d'une méthode d'évaluation des performances pour les systèmes supervisés multimodaux tenant compte de certains facteurs humains par adaptation d’une méthode d’évaluation appelée Analytical Hierarchy Process (AHP) qui permet de fusionner des critères qualitatifs et quantitatifs. Voir les détails
Mots clés : : Interaction homme-robot, systèmes multimodaux supervisés, contrôle haut niveau
Etude de l’influence de la composition chimique sur laformation de la structure et la tenue à l’usure des fontes auchrome
The use properties modification of chromium cast iron can be insured by severalmethods as chemical composition variation, carbide former alloying, by heat treatment and bymechanical processing. Alloying elements have been used in many research works usinghypoeutectic, eutectic, hypereutectic compositions of weakly and high alloyed chromium castirons. The target is to obtain a cast iron with respect of services requirementsCement, mining and steel making industries, in their daily practices of grinding andcrushing, require parts having high wear resistance. These operations take place in a veryaggressive environment because the grinding and the crushing of raw materials take placeunder the influence of the requests of abrasion and of the friction.The object of the present work is aimed on « Study of the chemical compositioninfluence on the structure formation the wear behavior of a chromium cast iron". The usedmethodology consisted of forming element addition. It is about manganese, niobium,vanadium, molybdenum and titanium. At first the manganese was only added to the melt thencombined with one, two and three elements. The chemical analysis, optical and SEMmicroscopy was used to characterize the microstructure of the studied compositions. TheDRX was much more used to define the type and the proportion of the formed phases as wellas the effect brought by the carbide former addition the crystalline parameters of the formedphases. The DSC technique gave thermal behavior of studied compositions, the wear testsdefined the wear behavior and shown the effect of the addition of alloying elements Voir les détails
Mots clés : fonte au chrome, microstructure, usure, Eléments d'addition