Modélisation de systèmes complexes - Applications aux systèmes mécatroniques
Résumé
The modeling of complex systems is a large and difficult research field. Of all the fields of applications, particularly in mechatronics, the development of relevant models requires experience, interdisciplinary collaboration and a strong experimental activity. Mechatronics is a multidisciplinary research field of engineering sciences which combines, but not-exclusively, the fields of mechanics, electronics, computers, automation, and thermodynamics. During the last few years, the research activity in mechatronics has been very active since many physical couplings and numerous interfaces interact between the different components of a system. The main idea is to improve the understanding of the observed phenomena, master the design of their corresponding systems and, ultimately, optimize their operation. Furthermore, it is imperative to always think critically of the obtained results; and develop the experimental approaches for the validation and verification processes in order to test the relevance of the theoretical results.
Among the challenges in modeling complex systems, we can highlight on one hand the design and implementation of test devices dedicated to the studied systems, and on the other, the most appropriate model developed to meet the requirements as well as the positioning of the research strategy between the academic research and industrial constraints.
My work takes place in this context. It covers three fields of application for which the knowledge of the observed phenomena still requires significant investigations: on-board electric power generation systems; composite and piezocomposite structures; and vibration stabilisation and isolation. The issues associated with each topic, tools and methodologies developed are presented. For each application, the main results are presented and assessed.
La modélisation de systèmes complexes est une thématique vaste et un exercice difficile. Quelque soit le domaine applicatif, et c'est notamment le cas dans le domaine de la mécatronique, le développement de modèles pertinents nécessite de l'expérience, de la collaboration interdisciplinaire et une forte activité expérimentale. La mécatronique est un champ de recherche multidisciplinaire des sciences pour l'ingénieur dans lequel se combinent, de manière non-exclusive, la mécanique, l'électronique, l'informatique, l'automatique, la thermodynamique... A cause de l'existence de nombreux couplages physiques et de nombreuses interfaces entre les différents composants d'un système, l'activité de recherches est, depuis de nombreuses années, très active dans le domaine. L'idée principale est d'améliorer la compréhension des phénomènes observés, de maitriser la conception de ces systèmes et, finalement, d'optimiser leur fonctionnement. Par ailleurs, il est impératif de toujours avoir l'esprit critique par rapport aux résultats obtenus et de développer des approches expérimentales de validation et de vérification pour tester la pertinence des résultats théoriques.
Parmi les défis à relever lors de la modélisation de systèmes complexes, on peut citer la conception et la mise en oeuvre de dispositifs d'essais dédiés aux objets étudiés, la détermination de la juste complexité des modèles développés pour répondre aux besoins posés et le positionnement de la stratégie de recherche entre recherches académiques et contraintes industrielles.
Mes travaux s'inscrivent dans ce contexte. Ils portent sur trois champs applicatifs dans lesquelles les connaissances des phénomènes observés nécessitent encore d'importantes recherches: les systèmes de production d'énergie électrique embarqués, les structures composites et piézocomposites et l'amortissement et l'isolation vibratoire. Les enjeux associés à chaque thématique ainsi que les outils et les méthodologies développés sont présentés. Pour chaque champ applicatif, les principaux résultats obtenus sont exposés et critiqués.
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