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Ecole Nationale d’Ingénieurs de Monastir (2017)

Sur la commande basée observateur d’un procédé de dépollution des eaux usées

BARHOUMI AMEL

Titre : Sur la commande basée observateur d’un procédé de dépollution des eaux usées

Auteur : BARHOUMI AMEL

Etablissement de soutenance : Ecole Nationale d’Ingénieurs de Monastir

Grade : Doctorat en Génie Energétique 2017

Descriptif
Ce mémoire est organisé en trois chapitres, le premier donne une vue générale des aspects sur l’apport de l’Automatique dans les traitements des eaux usées, en mettant l’accent sur la modélisation dynamique des procédés biologiques. Ainsi, d’un point de vue modélisation, le premier modèle est celui d’une station d’épuration des effluents par lagunage aéré. C’est un réacteur biologique aérobie multivariable pour le traitement des eaux usées [BEN YOUSSEF96]. Son modèle mathématique obtenu à été utilisé comme benchmark pour le l’élaboration, le développement et le test de performance de différents algorithmes d’observation et de commande. Le second est à boues activées. Son fonctionnement repose sur le développement de populations bactériennes et également le plus difficile à maîtriser : variations brutales des flux d’entrée et des quantités de pollution, conditions opératoires contraignantes, évolution non prévisible du comportement bactérien. Cependant, la dynamique du modèle de lagunage et la dynamique du modèle de procédé à boues activées (ASM1) étudiés en ce mémoire, sont non-linéaires, non stationnaires et d’une forte complexité. On abordera une représentation générale des deux modèles des procédés, avec une description de la station d’épuration, puis une simulation du comportement dynamique sera exposée. Le second chapitre s’articule essentiellement autour de l’observation avec application sur les deux bioprocédés. Des observateurs pour les systèmes non linéaires qui ne sont pas linéarisables ont été conçus. Ceci englobe les systèmes multivariables que l’on peut mettre sous la forme triangulaire avec une paramétrisation non linéaire par rapport aux variables inconnues [FARZA05], [FARZA09]. Ainsi, c’est dans ce cadre que se situe notre contribution qui réside dans la reconstruction des états non mesurables des systèmes de traitement des eaux usées non linéaires. L’objectif de ce chapitre est donc la résolution des problèmes de l’observation non linéaire des bioprocédés en vue d’être exploité pour la commande. Après une présentation générale sur l’observation des systèmes linéaires et non linéaires, on s’est intéressé à la synthèse d’observateurs dédiés aux systèmes de dépollution des eaux usées. En effet, on a développé trois observateurs pour le bioprocédé de lagunage qui sont : l’observateur à mode glissant, le filtre de Kalman étendu et l’observateur grand gain. Par la suite, l’élaboration d’un observateur grand gain adaptatif et d’un filtre de Kalman étendu grand gain est consacrée à un procédé de traitement des eaux usées à boues activées. Le troisième chapitre se focalise sur la commande à structure variable des bioprocédés. En effet, on a synthétisé différentes approches de lois de commande à mode glissant mono et multivariable pour les processus de traitement des eaux usées. Une étude comparative précieuse est élaborée afin de dégager celle la plus robuste et la plus performante pour ces bioprocédés. La commande à mode glissant (CMG), comme d’autres techniques de commande, peut se présenter sous la forme d’une commande par retour d’état. De plus, l’étude de la convergence globale de l’ensemble "Commande + Observateur" est limitée dans la littérature. C’est pour cette raison que des efforts importants sont consacrés aux problèmes précités pour mettre fin à ces derniers et élaborer des solutions favorables. Pour cela, dans la dernière partie de ce chapitre, notre apport essentiel consiste à synthétiser et développer des lois de commande à base d’observateur qui sont plus performants. Une conclusion générale est donnée et quelques perspectives des travaux de recherches effectués sont proposées.

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Page publiée le 17 juin 2020