Distributed approach for fault diagnosis in open complex systems

Approche distribuée pour le diagnostic de systèmes complexes ouverts De nos jours, les systèmes technologiques modernes reposent sur des architectures de contrôle de plus en plus sophistiquées qui garantissent performances et sûreté de fonctionnement. Par ailleurs, avec l'essor des réseaux sans fil au cours de ces dernières décennies, il est devenu commun de nos jours d'instrumenter ces systèmes ouverts (à topologie variable) à l'aide d'un réseau de capteurs/actionneurs pour des fins de commande et de supervision.Une des problématiques majeures liées à ce genre de systèmes est l'existence omniprésente de défauts capteurs ou actionneurs (pannes, perte de communication, dérive, biais, ect.). Le déploiement de ces méthodes de supervision et de commande s'avère important, voire crucial, pour certains systèmes où, souvent, un "petit" défaut peut avoir des impacts conséquents sur l'évolution du système.Cette thèse traite du diagnostic de défauts pour des systèmes d'eau, et plus précisément les canaux d'irrigation, et l'intérêt d'une approche de diagnostic distribuée. Des discussions détaillées avec des résultats théoriques et de simulation sont fournies tout au long des chapitres.Afin de réaliser des simulations du réseau hydraulique composé de canaux à surface libre et d'ouvrages, nous avons établi un modèle mathématique dont la charge de calcul est relativement faible et qui offre la possibilité d'un calcul modulaire. Un modèle non linéaire discret pour le canal est obtenu en couplant les équations de Saint-Venant, qui décrivent la physique et l'écoulement des fluides à surface libre, et la méthode de Lattice Boltzmann pour la simulation des fluides. L'instrumentation physique (capteurs de niveau d'eau, moteurs, modules radio pour communication sans fil) d'une installation existante, le micro-canal, a également été réalisée.En ce qui concerne le diagnostic, nous suggérons une classification des défauts et une division du système pour rendre l'approche modulaire. Une contribution au diagnostic le long des canaux d'eau en considérant les vannes, les capteurs ainsi que les fuites/apports d'eau est également apportée. Des résultats théoriques et de simulation sont présentés pour deux scénarios. Un premier scénario où les occurrences de défauts uniques de chaque type sont abordées, et un second où des défauts simultanés de différents types dans le même bief de canal sont étudiés.Par ailleurs, nous proposons un modèle probabiliste, bayésien, pour le diagnostic des défauts des systèmes de contrôle. La pertinence d'un tel modèle pour le calcul des probabilités tout en permettant la présence d'états ou de variables non observés est présentée. Des résultats théoriques et de simulation sont présentés en ce qui concerne les effets de probabilités textit{a priori} et les dépendances temporelles. Ce modèle bayésien vise à fournir un cadre unificateur où toute méthode de diagnostic de défaut peut être prise comme donnée d'entrée.L'intérêt d'une architecture multi-agents distribuée dans laquelle des agents sont affectés à l'exécution d'un diagnostic de défauts par sous-système est présenté. La faisabilité de l'application d'une telle approche modulaire à des réseaux de canaux à plus grande échelle est soulignée. Des résultats théoriques et de simulation de performances de diagnostic des agents sont présentés pour une séquence d'un même type de défaut le long d'un bief de canal. L'opportunité d'utiliser un diagnostic bayésien tout en considérant le paradigme multi-agents est introduite et discutée.