Дисертації з теми "Modélisation multidisciplinaire"

Les systèmes industriels sont de plus en plus miniaturisés et intégrés. Ils font cohabiter sur le même substrat différentes disciplines techniques (électronique analogique et numérique, optique, mécanique, thermique, différents capteurs ...). Le cycle de conception traditionnel en V ne répond plus aux exigences industrielles et beaucoup de problèmes restent à identifier et à résoudre pour avancer dans ce domaine. Les phénomènes perturbateurs prennent de plus en plus d'importance à mesure que la taille des systèmes diminue. Leur conception doit en tenir compte dés le début de la démarche.
L'évolution industrielle dans ce domaine passe par la fourniture de procédures réalistes et productives pour améliorer le cycle de conception. Le Prototypage Virtuel constitue une voie intéressante pour cela en offrant la possibilité de réduire les temps et les coûts de développement par la formalisation, la capitalisation et la réutilisation de modèles informatiques directement simulables, ainsi que par l'application d'une méthodologie rigoureuse quant à leur conception. Parmi les langages de description matériels utilisables, VHDL-AMS semble un des plus adaptés. En effet, il permet de modéliser les systèmes multidisciplinaires de manière native et offre des possibilités de modélisation à haut niveau d'abstraction. De plus, ce langage se déploie de plus en plus au sein des industries, ce qui génère un nouveau public d'utilisateurs, n'ayant pas de connaissances des HDLs, pour lesquels la nouvelle génération de simulateurs graphiques s'avèrent très utiles.
Cette thèse présente tout d'abord le travail effectué dans le cadre du RMNT sur la modélisation d'un dispositif optoélectronique à haut débit, courte portée et à fortes interactions thermiques et mécaniques de la société THALES. Cette étude a ensuite permis de dégager des éléments de méthodologie qui pourraient rendre la conception de modèles et la simulation de systèmes complexes plus en phase avec un marché toujours plus exigeant.

La simulation multi-disciplinaire et multi-physique représente un enjeu scientifique et industriel majeur. La simulation a été essentiellement traitée par les physiciens (mécanique, électromagnétique, ...) comme un problème numérique sur des cas d'étude très précis mais n'a jamais été abordée d'un point de vue système. La problématique générale posée par la simulation de systèmes complexes inclut la composition des modèles, l'optimisation multi-objectifs, la sémantique et la vérification formelle des compositions et le cadre offert par l'ingénierie système. Cette thèse propose une démarche originale établissant les fondements théoriques et méthodologiques pour un processus sans rupture entre ingénierie système, optimisation multi-objectif et simulation multi-physique. Des cas d'études issus de l'automobile démontrent la validité de cette approche expérimentée sur la base du langage Modelica
Multi-disciplinary and multi-physics simulation represents a major scientific and industrial challenge. The simulation has essentially been considered by physicists (mechanic domain, electromagnetic domain, ...) as a numerical problem on specific case studies but has never been adressed from a system perspective. The general problem induced by the numerical simulation of complex systems include model composition, multi-objective optimization, the semantics and formal verification of compositions and the frame of systems engineering. This thesis proposes an original approach establishing the theoretical and methodological foundations for a seamless process between systems engineering, multi-objective optimization and multi-physics simulation. Automotive case studies show the validity of such an approach based on Modelica langage

Toute action naturelle crée de l'énergie perdue qui pourrait être exploitée pour alimenter nos appareils électriques et mobiles. Nos environnements physiques disposent d'un nombre élevé de micro-sources d'énergies ; certes chacune est de faible puissance, mais leur multiplicité pourrait s'avérer significative, notamment dans le cadre du fonctionnement de microsystèmes. C'est le principe précédent qui a conduit nos travaux sur la problématique de la conception de microsystèmes autonomes. Ainsi, pour être innovante, l'ingénierie de microsystèmes doit à la fois s'appuyer sur la culture de l'électronique, de la mécanique mais aussi de l'énergétique. Le processus de conception est fortement pluridisciplinaire et son efficacité réside dans la capacité à mettre en oeuvre des méthodologies et des outils : - de conception collaborative, - de capitalisation des connaissances techniques, - d'ingénierie multi-physique, - d'ingénierie intégrée. Sur le base de ces fondamentaux, nous avons développé un outil d'aide à la conception. La méthodologie sous-jacente permet : 1- l'analyse et la structuration d'un problème de conception d'un microsystème autonome : cette phase conduit l'identification, la description fonctionnelle et environnementale du système et de son environnement. 2- la modélisation des connaissances : une analyse architecturale conduit à la description des composants et des interactions liées au microsystème (directement ou indirectement) puis à la modélisation des comportements, 3- la qualification énergétique et le couplage physique : la réutilisation structurée des modèles de connaissances est pilotée pour coupler les modèles physiques et décrire les sources, les puits et les mécanismes énergétiques des environnements, 4- la conduite de la recherche de concepts innovants : la base de connaissances, les critères de qualification et la description fonctionnelle préalablement construits sont agencés dans une seule méthode de conception virtuelle pour rechercher des concepts de solutions innovants, 5- le pré-dimensionnement : tout en assurant l'intégration des outils spécialisés de simulation (méthode des éléments finis et simulation fonctionnelle), le prédimensionnement de microsystèmes autonomes est supportée selon un schéma synthétique, assurant un raisonnement abductif (ou bottom-up). La conjonction des raisonnements physiques, l'intégration des méthodes et des cultures métiers, l'exploration virtuelle des espaces de solutions et la modélisation constituent les bases d'un nouveau moyen d'aide à la conception de microsystèmes autonomes. Cette approche a été déployée pour la conception d'un capteur piézoélectrique autonome.

La conception d'un système électrique de transport ferroviaire est une tâche complexe qui fait appel simultanément à des experts de domaines de compétence différents. Les constructeurs ferroviaires gèrent cette complexité ce qui leurs permet de fabriquer des équipements performants. Néanmoins, dans un marché global, tout gain méthodologique peut se traduire en avantage concurrentiel.

La conception systémique optimale de composant électrotechnique est abordée dans cette thèse. Une chaîne de traction électrique est choisie comme exemple représentatif d'un système complexe. La démarche et les outils sont mis en œuvre sur deux applications: la conception d'un moteur de traction et la conception simultanée de plusieurs composants clés.

Pour concevoir un moteur de traction, le cycle de fonctionnement et le comportement thermique transitoire sont primordiaux. La bonne adaptation du moteur à sa mission permet de réduire considérablement sa masse. L'approche multidisciplinaire est utilisée pour gérer les interactions entre modèles de disciplines différentes au sein d'un même processus d'optimisation. Suivant la méthode employée, le temps d'optimisation peut être réduit grâce à la répartition des taches par domaine physique et d'en paralléliser l'exécution. Des optimisations multiobjectif ont également été appliquées. Des fronts de Pareto sont obtenus malgré l'utilisation d'un modèle précis mais coûteux, le modèle éléments finis.

L'approche décomposition hiérarchique de la méthode "Target Cascading" est appliquée au problème de conception de la chaîne de traction. Le système et ses composants sont conjointement conçus. Cette méthode est bien adaptée à la démarche de conception optimale des systèmes complexes, tout en respectant l'organisation par produit de l'entreprise.

Le développement d'un système mécatronique implique la collaboration de différents concepteurs qui ont, normalement, des points de vue différents sur le système global pour gérer sa complexité. Par conséquent, de multiples modèles sont créés pour les divers domaines tels que le génie mécanique, l’électronique, le logiciel, etc. Ces modèles utilisent différents formalismes, différents langages de modélisation et divers outils pour répondre à des préoccupations spécifiques. Ceci pose le problème de la bonne collaboration entre les différentes équipes pluridisciplinaires pour pouvoir mener à terme l’opération de conception. Pour gérer ce problème, il est impératif d'identifier et de résoudre les incohérences potentielles entre les modèles afin de minimiser les coûts et le temps de développement avant les phases de vérification et de validation. Le présent travail de thèse propose une nouvelle méthodologie de collaboration qui aura pour objectif de maintenir la cohérence entre les différentes disciplines d'ingénierie tout au long du cycle de développement des systèmes mécatroniques. Nous proposons une approche de synchronisation pour vérifier la cohérence des modèles d’un même système de manière continue pendant le processus de conception multidisciplinaire. Notre contribution dans cette thèse consiste à démontrer comment les techniques de transformation des modèles peuvent être utilisées ; premièrement, pour abstraire divers modèles d'ingénierie dans un formalisme commun basé sur la théorie des graphes et, deuxièmement, pour mettre à jour les modèles avec les changements appropriés évalués par un chef de projet. Les méthodes développées permettent également de détecter automatiquement les différences et de proposer les séquences où la prise des décisions entre les différents choix possibles est essentielle pour résoudre les incohérences
The development of a mechatronic system involves different designers having various viewpoints on the overall system to handle its complexity. Consequently, multiple models are created from a variety of domains such as mechanical, electronic, and software engineering. These models use different formalisms, modeling languages, and tools to address specific concerns. The major challenge of this approach is to identify and solve any potential inconsistency between models in order to minimize costs and development time before the verification and validation phases. This paper proposes a new collaborative methodology to maintain consistency between different engineering disciplines at an early stage of the development cycle of mechatronic systems. We apply a model synchronization approach to actively check for model consistency in a continuous way during the multidisciplinary design process. As a novel contribution of this thesis, we demonstrate how model transformation techniques can be employed; firstly, to abstract various engineering models in a common formalism based on graph theory and, secondly, to update models with appropriate changes evaluated by a project manager. We also show how to detect the differences automatically, and we discuss where designer decisions are essential

Cette thèse combine données et modélisation numérique pour étudier l'océan superficiel et la moyenne échelle océanique dans le cadre de leurs interactions avec l'atmosphère. Elle repose sur le jeu de données exceptionnel collecté au cours du programme POMME (Atlantique nord-est, 2000–2001), et dont sont issus en particulier des flux de surface très réalistes. Le modèle numérique est une version régionale et à haute résolution du modèle aux équations primitives OPA.
Les processus impliqués dans l'évolution de la température et de la salinité dans la couche de mélange, ainsi que dans le détraînement d'eau entre la couche de mélange et la pycnocline, sont examinés. Un des résultats importants est que le détraînement n'a pas lieu le long d'une hypothétique discontinuité de profondeur de couche de mélange hivernale, mais dans des structures de submésoéchelle. Sa valeur est estimée à un peu moins de 1 Sv en moyenne sur la zone. Afin de prolonger la durée de la simulation, une méthode originale d'assimilation de courant a été implémentée dans le modèle. Elle donne d'excellents résultats et ouvre des perspectives prometteuses pour l'océanographie opérationnelle.

Les systèmes mécatroniques sont caractérisés par la combinaison synergique de la mécanique, de l'électronique et de l'informatique en temps réel. Ils possèdent leur propre cycle de vie et doivent associer des expertises métiers et des technologies très variées, ce qui rend leur conception plus complexe et nécessairement plus intégrée. Afin de mettre en œuvre une approche permettant d’assurer une meilleure intégration fonctionnelle et spatiale des systèmes mécatroniques, et plus particulièrement sur l’axe développement de produit en assurant une meilleure combinaison des expertises métier, deux types de problématiques doivent être surmontés. La première problématique a trait aux données de conception alors que la seconde est relative aux processus. La contribution de nos travaux de thèse s’appuie sur deux concepts complémentaires. Le premier, un modèle d’interfaces multidisciplinaires, est proposé pour répondre à la problématique relative aux données de conception. Ces interfaces s’appuient sur l’architecture du système et précisent quels transferts existent entre les composants conçus par les différentes disciplines. Instanciées dans le modèle de données, les interfaces multidisciplinaires permettent d’échanger et de partager les informations entre les différentes disciplines. Le second concept concerne la méthode de conception basée sur le modèle d’interfaces multidisciplinaires. Cette méthode est définie pour pouvoir établir le processus d’ingénierie et permettre une meilleure intégration des expertises métiers tout au long de la conception des systèmes mécatroniques. Enfin, les deux propositions sont implémentées par l’intermédiaire d’un démonstrateur basé sur 3DEXPERIENCE Platform. Un système de mesure 3D, combinaison synergique de la mécanique, de l'électronique, de l'informatique et l’optique, est utilisé afin de démontrer et de valider les contributions par nos travaux en termes d'intégration multidisciplinaire des expertises métier lors de la conception des systèmes mécatroniques
Mechatronic system is considered as a synergetic combination of mechanical engineering, electronic engineering and computer engineering. Such mechatronic system has its own lifecycle and should integrate different disciplines and various technologies. Therefore the design of mechatronic systems becomes increasing complex. In order to propose an approach to achieve a better functional and spatial integration of mechatronic systems, especially to achieve a higher integration of different disciplines during the design process of mechatronic systems, two kinds of problems must be overcome. The first problem is related to design data of mechatronic systems while the second is related to the design process. The contribution of the thesis is based on two complementary concepts. The first contribution, the multi-disciplinary interface model, is proposed to address the issue of design data. These interfaces are based on the system architecture and specify which transfers exist between components designed by the project teams of different disciplines. Instantiated in the data model, multi-disciplinary interfaces enables a better data exchange and sharing among the engineers of different disciplines. The second concept concerns the design method based on the multi-disciplinary interface model. This method is proposed to establish the process for mechatronic engineering in order to achieve a better multi-disciplinary integration for the design of mechatronic systems. Finally, the two propositions are then implemented in a demonstrator developed based on 3DEXPERIENCE Platform. A 3D measurement system, considered as a synergistic combination of mechanical engineering, electronic engineering, computer engineering and optical engineering, is used to demonstrate and validate the propositions of the thesis in terms of multi-disciplinary integration for the design of mechatronic systems

Les systèmes industriels (automobile, aérospatial, etc.) sont de plus en plus complexes à cause des contraintes économiques et écologiques. Cette complexité croissante impose des nouvelles contraintes au niveau du développement. La question de la maitrise de la capacité d’analyse de leurs architectures est alors posée. Pour résoudre cette question, les outils de modélisation et de simulation sont devenus une pratique courante dans les milieux industriels afin de comparer les multiples architectures candidates. Ces outils de simulations sont devenus incontournables pour conforter les décisions. Pourtant, la mise en œuvre des modèles physiques est de plus en plus complexe et nécessite une compréhension spécifique de chaque phénomène simulé ainsi qu’une description approfondie de l’architecture du système, de ses composants et des liaisons entre composants. L’objectif de cette thèse est double. Le premier concerne le développement d’une méthodologie et des outils nécessaires pour construire avec précision les modèles de simulation des architectures de systèmes qu’on désire étudier. Le deuxième s’intéresse à l’introduction d’une approche innovante pour la conception, la production et l’intégration des modèles de simulations en mode « plug and play » afin de garantir la conformité des résultats aux attentes, notamment aux niveaux de la qualité et de la maturité. Pour accomplir ces objectifs, des méthodologies et des processus d’ingénierie des systèmes basés sur les modèles (MBSE) ainsi que les systèmes d’information ont été utilisés. Ce travail de thèse propose pour la première fois un processus détaillé et un outil pour la conception des modèles de simulation. Un référentiel commun nommé « Modèle de carte d'identité (MIC) » a été développé pour standardiser et renforcer les interfaces entre les métiers et les fournisseurs sur les plans organisationnels et techniques. MIC garantit l’évolution et la gestion de la cohérence de l’ensemble des règles et les spécifications des connaissances des domaines métiers dont la sémantique est multiple. MIC renforce également la cohérence du modèle et réduit les anomalies qui peuvent interférer pendant la phase dite IVVQ pour Intégration, Vérification, Validation, Qualification. Finalement, afin de structurer les processus de conception des modèles de simulation, le travail s’est inspiré des cadres de l’Architecture d’Entreprise en reflétant les exigences d’intégration et de standardisation du modèle opératoire de l’entreprise. Pour valider les concepts introduits dans le cadre de cette thèse, des études de cas tirés des domaines automobile et aérospatiale ont été réalisées. L'objectif de cette validation est d'observer l'amélioration significative du processus actuel en termes d'efficacité, de réduction de l'ambiguïté et des malentendus dans la modélisation et la simulation du système à concevoir
Simulation models are widely used by industries as an aid for decision making to explore and optimize a broad range of complex industrial systems’ architectures. The increased complexity of industrial systems (cars, airplanes, etc.), ecological and economic concerns implies a need for exploring and analysing innovative system architectures efficiently and effectively by using simulation models. However, simulations designers currently suffer from limitations which make simulation models difficult to design and develop in a collaborative, multidisciplinary design environment. The multidisciplinary nature of simulation models requires a specific understanding of each phenomenon to simulate and a thorough description of the system architecture, its components and connections between components. To accomplish these objectives, the Model-Based Systems Engineering (MBSE) and Information Systems’ (IS) methodologies were used to support the simulation designer’s analysing capabilities in terms of methods, processes and design tool solutions. The objective of this thesis is twofold. The first concerns the development of a methodology and tools to build accurate simulation models. The second focuses on the introduction of an innovative approach to design, product and integrate the simulation models in a “plug and play" manner by ensuring the expected model fidelity. However, today, one of the major challenges in full-vehicle simulation model creation is to get domain level simulation models from different domain experts while detecting any potential inconsistency problem before the IVVQ (Integration, Verification, Validation, and Qualification) phase. In the current simulation model development process, most of the defects such as interface mismatch and interoperability problems are discovered late, during the IVVQ phase. This may create multiple wastes, including rework and, may-be the most harmful, incorrect simulation models, which are subsequently used as basis for design decisions. In order to address this problem, this work aims to reduce late inconsistency detection by ensuring early stage collaborations between the different suppliers and OEM. Thus, this work integrates first a Detailed Model Design Phase to the current model development process and, second, the roles have been re-organized and delegated between design actors. Finally an alternative architecture design tool is supported by an ontology-based DSL (Domain Specific Language) called Model Identity Card (MIC). The design tools and mentioned activities perspectives (e.g. decisions, views and viewpoints) are structured by inspiration from Enterprise Architecture Frameworks. To demonstrate the applicability of our proposed solution, engine-after treatment, hybrid parallel propulsion and electric transmission models are tested across automotive and aeronautic industries

Le développement des appareils photos numériques, de la puissance de calcul des ordinateurs, les travaux de recherche en photogrammétrie et vision par ordinateur ont abouti à l’émergence récente de solutions opérationnelles permettant de construire de manière automatique des modèles 3D à partir de prises de vues à recouvrements multiples (multi stéréoscopiques).Par exemple, en prenant les « bonnes » photos, il est aujourd’hui possible de réaliser en quelques heures de calcul et quelques minutes d’interaction opérateur, des ortho-photos rigoureuses qui, il y a quelques années, auraient demandé des jours de restitution. Ces méthodes commencent à être répandues parmi certains acteurs du relevé patrimonial (architectes ou archéologues) et une économie commence même à se construire autour de services de modélisation 3D.Cependant ces méthodes restent loin d’être pleinement acceptées par la majorité des utilisateurs potentiels. Parmi les freins liés à la diffusion de ces techniques auprès des scientifiques du patrimoine, la méconnaissance des règles d’acquisition photographique permettant de tirer un parti optimum des outils de modélisation par photo.L’objectif de ce travail de thèse est de réaliser un travail de transfert et d’accompagnent effectif des outils du monde de la technologie et de l’informatique vers celui des utilisateurs dans le domaine du patrimoine. De manière plus spécifique, la thématique d’application choisie est celle de l’archéologie préventive, dans laquelle les contraintes de budget et de calendrier pour la réalisation des fouilles rendent particulièrement intéressantes les méthodes de relevé par photo.Nos travaux ont exclusivement porté sur la mise au point de méthodes photogrammétriques à partir de protocoles d’acquisition d’images fiables et légers, ainsi que de traitements adaptés à chaque étape de la chaîne de calcul.Le choix de traiter tel ou tel type d’objet dans le cadre de nos travaux est indépendant de toute classification des nombreuses spécialités de l’archéologie, mais est plutôt lié à un cadrage méthodologique, préférant multiplier les protocoles expérimentaux de documentation de petits artéfacts plutôt que de diversifier le type de vestiges à documenter. Au-delà du cas des petits artéfacts, les problématiques soulevées par la documentation d’une fouille archéologique comme site « vivant » ont aussi été partiellement abordées. Des méthodes de relevé capables d’enregistrer de manière exhaustive l’ensemble des objets découverts tout en les associant à une stratigraphie particulière ont en effet été étudiées
The development of digital cameras, the computational power of computers, photogrammetry and computer vision research has led to the recent emergence of operational solutions for building automatically 3D models from shooting multiple overlays (stereoscopic multi).For example, taking the "good" photos, it is now possible to achieve in a few hours of calculation and a few minutes of operator interaction, rigorous ortho-photos that, there a few years have asked for days restitution. These methods are starting to be widespread among some in the heritage survey (architects or archaeologists) and an economy even starting to build around 3D modeling services.However, these methods are far from being fully accepted by the majority of potential users. Among the brakes associated with the dissemination of these techniques to the scientific heritage, ignorance of the rules of photographic acquisition to take optimum advantage of modeling tools per photo.The objective of this thesis is to do a job transfer and accompany the actual world of technology tools and IT to the users in the field of heritage. More specifically, the theme chosen for application is that of preventive archeology, in which the constraints of budget and timetable for the completion of excavations make it particularly interesting methods identified by photograph.Our work has focused exclusively on the development of photogrammetric methods from acquiring reliable and lightweight image protocols and treatments for each stage of the calculation chain.The choice to treat a particular type of object in the context of our work is independent of any classification of the many specialties of archeology, but is instead linked to a methodological framework, preferring multiply experimental protocols documentation rather small artifacts that diversify the type remains to be documented. Beyond the case of small artifacts, the issues raised by the documentation of an archaeological dig as a site "living" were also partially addressed. Survey methods capable of recording exhaustively all objects discovered while linking to a particular stratigraphy have indeed been studied

Face à la complexité croissante des systèmes industriels, il est aujourd'hui primordial de démontrer que l'ensemble des risques est maitrisé. En ce sens, différentes approches ont été développées ces dernières années afin de proposer une vision globale des risques techniques, humains, organisationnels et environnementaux. Parmi elles, celle développée depuis plusieurs années par EDF et intitulée AidR (Analyse intégrée Des Risques) apparait comme une solution intéressante en proposant un modèle unifié à la fois multidisciplinaire, générique et outillé. Cependant, ces approches disposent aujourd'hui d'un potentiel d'amélioration en termes de modélisation et de traitement des connaissances (issues principalement du retour d'expérience statistique et des avis d'expert). En effet, ces connaissances sont bien souvent entachées d'incertain qui influe sur l'ensemble du processus d'appréciation des risques et donc sur la pertinence des résultats issus de ces études. Si l'incertain dû au caractère aléatoire des phénomènes physiques est généralement bien appréhendé grâce à la théorie des probabilités, l'incertain dû à l'imperfection des connaissances l'est beaucoup moins. L'un des enjeux majeurs actuels est donc de disposer d'une approche adaptée à la modélisation et au traitement conjoints des différents incertains afin de fournir des résultats les plus pertinents possibles aux décideurs. Pour satisfaire à cet objectif, la théorie de l'évidence constitue une alternative intéressante pour modéliser et traiter de façon à la fois plus cohérente et plus flexible des connaissances et leur incertain. En s'appuyant sur cette théorie, nos travaux proposent trois contributions majeures pour la modélisation et le traitement de l'incertain. La première concerne la formalisation de l'élicitation des risques par avis d'experts en proposant différents outils pour une collecte flexible et plus complète de ces derniers (identification des risques). La seconde contribution aboutit à un modèle de risques évidentiel permettant de représenter de façon cohérente les différentes expressions des connaissances et d'apprécier les différents risques (analyse des risques). Enfin, la dernière contribution porte sur la proposition de supports à la prise de décision en univers incertain (évaluation des risques). Ces supports concernent à la fois la représentation des résultats et des éléments pour l'identification des contributeurs à l'incertain et à sa réduction. L'application de ces contributions sur un cas réel de l'industriel EDF permet ensuite de mettre en évidence leur faisabilité ainsi que leurs apports au regard d'approches plus conventionnelles. Elle nous permet également de dégager de nouvelles perspectives de recherche pour le développement de cette méthodologie.

Les systèmes d'entraînement de bandes flexibles sont utilisés dans la production d'une très grande variété de produits du quotidien mais également dans la métallurgie et dorénavant pour la production des nouvelles technologies. L'amélioration des systèmes industriels d'entraînement de bandes est un problème difficile car ils sont de grande dimension, non-linéaires, à paramètres variant et incertains. Ils possèdent un fort couplage entre les différentes parties (mécanique et commande) à cause de la bande qui relie les éléments. Il faut donc améliorer la chaîne de production par une approche pluridisciplinaire. Les objectifs sont de maîtriser les paramètres clés de ces systèmes afin de garantir les cadences de production et les précisions demandées de plus en plus importantes. Il faut également réduire les défauts les plus récurrents, notamment les plis de bande. Or jusqu'à présent seuls des modèles 1D étaient utilisés. Ils sont indispensables pour la synthèse de commande et les études fréquentielles mais ne permettent pas d'étudier des phénomènes complexes tels que les plis de bande. Une nouvelle approche d'étude de ces systèmes est développée. Dans un premier temps, des améliorations de structures de commandes sont proposées. Dans un second temps un modèle 3D par éléments finis utilisant un algorithme de dynamique multicorps flexibles est développé et utilisé pour étudier les plis de bande par comparaison à la théorie classique de prédiction de ces défauts. Dans un troisième temps un simulateur complet est développé comprenant le modèle 3D mécanique par élément finis couplé à la partie commande (co-simulation)
Roll-to-Roll systems are used in the manufacturing of a wide variety of everyday products as well as in metallurgy and for the manufacturing of new technologies. The improvement of Roll-to-Roll systems is a difficult problem because they are large, non-linear, with varying and uncertain parameters. They have a coupling between the different parts (mechanical and control) with the help of the web connecting the elements. It is therefore necessary to improve the process line through a multidisciplinary approach. The objectives are to master the key parameters of these systems in order to guarantee the manufacturing rates and the more important accuracies requested. It is also necessary to reduce or remove the most recurring defects such as web wrinkles. Until now, only 1D models were used. They are essential for control synthesis and frequency studies but they do not allow to study complex phenomena such as web wrinkles. A new approach for studying these systems is developed. First, improvements of control structures are proposed. Secondly, a 3D finite element model using a flexible multibody dynamics algorithm is developed, used in this work to study web wrinkles and compared to the classical prediction theory of these defects. Finally, a complete simulator is developed including the mechanical 3D model by finite element coupled to the control part (co-simulation)

La désinfection de l’eau de consommation et des piscines induit la formation de sous-produits (SPD) potentiellement nocifs pour la santé, parmi lesquels les trihalométhanes (THM), les acides haloacétiques (HAA) et les chloramines (CAM). La difficulté d’estimer l’exposition humaine à ces SPD empêche de cerner précisément les risques sanitaires possiblement associés (i.e., cancérigènes, reprotoxiques, irritatifs). Nos travaux s’articulent autour d’une méthodologie consistant à intégrer des données d’occurrence environnementales à des modèles toxicocinétiques à base physiologique (TCBP) pour améliorer les mesures de l’exposition aux SPD. Cette approche multidisciplinaire veut prendre en compte de manière aussi appropriée que possible les deux composantes majeures des variations de cette exposition : les variations spatio-temporelles des niveaux de contamination environnementale et l’impact des différences inter- et intra-individuelles sur les niveaux biologiques. Cette thèse, organisée en deux volets qui explorent chacun successivement des aspects environnemental et biologique de la problématique, vise à contribuer au développement de cette stratégie innovante d’estimation de l’exposition et, plus généralement, à des meilleures pratiques en la matière. Le premier volet de la thèse s’intéresse à l’exposition en milieu domestique (i.e., résultant de l’utilisation de l’eau potable au domicile) et est consacré au cas complexe des THM, les plus abondants et volatils des SPD, absorbables par ingestion mais aussi par inhalation et voie percutanée. Les articles I et II, constitutifs de ce volet, documentent spécifiquement la question des variations inter- et intra- journalières de présence des SPD en réseau et de leurs impacts sur les estimateurs de l’exposition biologique. Ils décrivent l’amplitude et la diversité des variations à court terme des niveaux environnementaux, présentent les difficultés à proposer une façon systématique et « épidémiologiquement » pratique de les modéliser et proposent, de manière originale, une évaluation des mésestimations, somme toute modestes, des mesures biologiques de l’exposition résultant de leurs non-prise en compte. Le deuxième volet de la thèse se penche sur l’exposition aux SPD en piscine, d’un intérêt grandissant au niveau international, et se restreint au cas jugé prioritaire des piscines publiques intérieures. Ce volet envisage, pour quantifier l’exposition dans ce contexte particulier, l’extension de l’approche méthodologique préconisée, élaborée originellement pour application dans un contexte domestique : d’abord, à travers une analyse approfondie des variations des niveaux de contamination (eau, air) des SPD en piscine en vue de les modéliser (article III); puis en examinant, dans le cas particulier du chloroforme, le THM le plus abondant, la possibilité d’utiliser la modélisation TCBP pour simuler des expositions en piscine (article IV). Les résultats mettent notamment en évidence la difficulté d’appréhender précisément la contamination environnementale autrement que par un échantillonnage in situ tandis que la modélisation TCBP apparait, sur le plan toxicologique, comme l’outil le plus pertinent à ce jour, notamment au regard des autres approches existantes, mais qu’il convient d’améliorer pour mieux prédire les niveaux d’exposition biologique. Finalement, ces travaux illustrent la pertinence et la nécessité d’une approche multidisciplinaire et intégratrice et suggère, sur cette base, les pistes à explorer en priorité pour mieux évaluer l’exposition aux SPD et, in fine, cerner véritablement les risques sanitaires qui en résultent.
Disinfection of drinking and swimming pool waters disinfection is unavoidable but induces the formation of by-products (DBPs), such as trihalomethanes (THMs), haloacetic acids (HAAs) and chloramines (CAMs), that could be harmful to human health. The still challenging DBP exposure assessment prevent their suspected adverse effects (i.e., cancers, adverse pregnancy outcomes, irritations) to be clearly established. A methodology has been conceptualized which consists of integrating environmental occurrence data with physiologically based toxicokinetic (PBTK) modeling to improve DBP exposure assessment. It was designed to allow both spatial and temporal variations of the environmental contamination and the biological impacts of between- and within- individual differences to be accounted for. This thesis comprised of two parts. Each one investigates successively both environmental and biological aspects. The objective is to contribute to the development of an innovative integrated strategy and to the definition of best practices for DBP exposure assessment. The first part of the thesis, comprising papers I and II, focuses on household exposure (i.e., resulting from drinking water use at home) and on THMs, the most abundant and volatile DBPs that can be absorbed not only by ingestion but also by inhalation and dermal absorption. These two papers investigate particularly the short-term (day-to-day and within-day) variations of THM levels in the drinking water and then their impact on the internal exposure indicators. They described the amplitudes and the diversity of the environmental variations, failed to model them in a systematic and practical way for epidemiological purposes but assessed, for the first time, their impacts on the predicted biological levels which appeared quite low. The second part concerns the exposure to DBPs in swimming pool which is of a growing international interest. Only the allegedly worrying case of public indoor swimming pool was regarded. This section focuses on the feasibility of using the previously mentioned approach, which was first designed for dealing with household exposure, for DBP exposure assessment in swimming pools. First, Paper III investigated the occurrence and spatial and temporal variations of DBPs in both water and air of swimming pools to model them. Focusing on chloroform, the most abundant THM, Paper IV examined the ability and reliability of PBTK modeling to simulate various swimming pool exposure events and predict the resulting biological levels in individuals. The results show, among other things, the difficulty of explaining precisely the environmental contamination and point out the necessity to carry out a minimal in situ sampling to monitor the environmental levels of DBPs. Compared to other approaches, PBTK modeling is a powerful but still to be improved tool for predicting swimming pool exposure. Eventually, these works underline the relevance and the necessity of a multidisciplinary and integrating approach for better estimating exposure to DBPs and therefore health risks. Further issues that should be addressed are recommended.