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THESE (12.99)
Modélisation et estimation dans les bioréacteurs ;
prise en compte
des incertitudes : application au traitement de l'eau
L'étude présentée dans cette thèse a pour
objectif l'application
d'outils de l'automatique au domaine du traitement de l'eau et
s'articule autour de la modélisation et de l'estimation sous
des contraintes
d'incertitudes.
La première partie est consacrée au procédé
aérobie des boues activées.
L'étape initiale aborde la modélisation des deux principaux
compartiments de l'unité de traitement : le bassin
d'aération, siège des réactions de dégradation
biologique, et le
bassin de sédimentation, lieu de séparation des phases
solide et
liquide. Une étude approfondie permet d'établir une structure
générale du modèle aérateur-décanteur.
La deuxième étape concerne le problème d'estimation
des variables. Une
nouvelle approche purement déterministe, fondée sur les
observateurs à
intervalles, est développée en présence d'incertitudes
bornées. À partir de
bornes connues sur les grandeurs incertaines et à défaut
d'estimer les valeurs
exactes des variables d'état non mesurées, l'estimateur
fournit des intervalles
dynamiques et garantit l'encadrement de ces variables.
Différents cas sont abordés : entrées incertaines,
paramètres
non-stationnaires, amélioration du taux de convergence, etc.
La seconde partie de notre travail, à caractère plus appliqué,
concerne
l'étude d'un fermenteur anaérobie. Nous abordons
d'abord les aspects de
modélisation, d'identification de paramètres et de validation
du modèle
sur des données expérimentales.
La suite est consacrée au problème pratique d'estimation
d'état. Deux observateurs asymptotiques sont élaborés.
Afin de réduire la
sensibilité aux incertitudes paramétriques ainsi qu'aux
perturbations sur les
entrées, un estimateur robuste, basé sur une correction
par les prédictions
des débits gazeux, est testé sur le procédé
pilote.
Mots-clés : procédé des boues activées,
procédé de digestion
anaérobie, modélisation, identification de paramètres,
estimation d'état,
incertitudes, observateurs à intervalles.
Modelling and estimation of bioreactors; taking
into account uncertainties: application to wastewater treatment.
(in french, papers in english....)
The study presented in this thesis aims at applying tools from
the
control theory in order to solve problems related to the biological
wastewater treatment field and deals with dynamic modelling and state
estimation under uncertainty constraints.
The first part is dedicated to the aerobic activated sludge process.
First of
all, we develop a mathematical model of the two main components of
the
treatment unit: the aeration tank, in which biological reactions occur,
and the
sedimentation tank, where the solid part is separated from the liquid
medium. A general dynamical model for the aerator-settler system is
deduced from this study.
Then we deal with the estimation problem. A new fully deterministic
approach based on interval observers in the presence of bounded
uncertainties is introduced. As known bounds on the uncertainties
are given, the
observer estimates guaranteed dynamic intervals containing the unmeasured
state
variables. Different cases are studied : uncertain inputs, non stationary
parameters, improvement of the convergence rate, \ldots
The second part of our work is more applied and concerns the
study of an anaerobic digester. We first start with design aspects,
parameter
identification and experimental validation of the biological treatment
process
model.
Then, we focus on the practical estimation problem. Two asymptotic
observers are designed. In order to reduce the sensibility to
parameter errors and input perturbations, a robust software sensor
based on
gaseous flow rate prediction is tested on the pilot plant.
Key words: activated sludge process, anaerobic digestion process,
modelling, parameter identification, state estimation, uncertainties,
interval observers.