memoire final HDR GF

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Ecole doctorale RP2E
Optimisation en Temps R´eel :
Optimiser les Performances des
Proc´ed´es Chimiques
malgr´e l’Incertitude et les Erreurs de
Mod´elisation
M´ EMOIRE
pr´esent´ee et soutenue publiquement le 3 D´ecembre 2014
pour l’obtention d’une
Habilitation `a diriger les Recherches de l’Universit´e de Lorraine
(Section CNU 62)
par
Dr. Gr´egory FRANCOIS
Composition du jury
Pr´esident : Claire Adjiman Professeure, Imperial College, Londres, UK
Rapporteurs : Denis Dochain Professeur, UCL, Louvain la Neuve, Belgique.
Dr. Nida Othman Charg´ee de Recherches, CNRS-LAGEP, UCBL-I, Lyon, France.
Alain Rapaport Directeur de Recherches, INRA, Montpellier, France.
Examinateurs : Dominique Bonvin Professeur, EPFL, Lausanne, Suisse.
M. Abderrazak Latifi Professeur, ENSIC, Universit´e de Lorraine, Nancy, France.
Faculty of Engineering and Architecture, University of Applied Sciences and Arts of Western
Switzerland (HES-SO),
Laboratoire d’Automatique, ´ Ecole Polytechnique F´ed´erale de Lausanne (LA-EPFL)

Mis en page avec la classe thesul.

Remerciements
Je tiens tout d’abord à remercier très chaleureusement Denis Dochain, Nida Othman et Alain
Rapaport ainsi qu’Abderrazak Latifi, Dominique Bonvin et Claire Adjimann pour avoir accepté
d’être rapporteurs et examinateurs, respectivement, de ce manuscrit et de la présentation orale
correspondante. Je sais, par expérience, ce que la lecture et l’évaluation d’un manuscrit de thèse
nécessitent comme temps et comme énergie, et je ne peux qu’imaginer ce qu’il en est pour un
mémoire d’HDR. Je remercie particulièrement Claire Adjimann qui a accepté de présider le jury
de soutenance. Enfin je remercie Hassan Hammouri, José Ragot, Miroslav Fikar et Jean-Philippe
Steyer qui m’avaient donné leurs accords de principe pour participer à ce jury si le besoin s’en
faisait sentir.
Le cheminement qui mène un-e étudiant-e à s’orienter vers les métiers de la recherche n’est
pas toujours rectiligne. Les cours que l’on suit comme étudiant, les stages que l’on effectue, les
enseignants et les chercheurs que l’on rencontre, les conférences auxquelles on participe ou on
assiste, tout ceci joue un rôle non négligeable dans nos choix de carrières. Pour ma part, mes
passages par les classes préparatoires et par l’ENSIC, puis par l’EPFL ont été décisifs dans mes
choix scientifiques et professionnels.
Appréciant les mathématiques, j’avais donc besoin de plus de rigueur et d’abstraction que ce
que le seul apprentissage des sciences du génie chimique m’apportait alors. Je dois remercier le
Prof. Jean-Pierre Corriou, qui m’a initié à l’automatique à l’ENSIC, via ses cours de commande
de procédés et d’optimisation. Si certains étudiants craignaient ses cours, c’est surtout parce que
beaucoup considèrent que l’exigence et l’abstraction doivent disparaître le jour où les portes des
classes préparatoires se referment. Ce n’était bien sûr pas mon cas, et je n’ai jamais regretté
d’avoir choisi cette orientation, notamment car l’approche multi-disciplinaire et rigoureuse de
la modélisation, de la commande et de l’optimisation permet d’intervenir sur des systèmes de
natures très diverses (chimiques, biotechnologiques, énergétiques, mécaniques, ...).
J’ai ensuite choisi d’effectuer mon DEA dans le domaine de l’optimisation dynamique. Point
d’interfaces user-friendly, vive unix, emacs et L
A
T
EX. Ce projet, considéré comme difficile à
l’époque, réalisé dans un environnement informatique dont personne ne voudrait plus aujour-
d’hui, a eu une influence majeure pour moi. Je veux et ne peux donc que remercier du fond du
cœur le Prof. Abderrazak Latifi de m’avoir initié à l’optimisation et à la recherche avec autant
de passion. Sans doute beaucoup de personnes ont en elles le goût de se poser des questions pour
avoir après à y répondre et le goût de partager et de transmettre les connaissances, ce qui est une
description sommaire mais selon moi assez juste de la vie d’un enseignant-chercheur. Certains ne
les développent pas parce qu’ils ne rencontrent pas les bonnes personnes au bon moment. J’ai
eu cette chance et donc merci Razak de m’avoir en plus montré que si la science est une affaire
sérieuse, rien ne justifie que ceux qui la pratiquent ne se prennent (trop !) au sérieux. Si, quelques
seize ans plus tard, si je continue à faire de la recherche aujourd’hui, c’est grâce à toi et aussi à
Franz. Merci aussi (je n’oublie pas Jean-Pierre !) de m’avoir conseillé, encouragé et recommandé
pour effectuer ma thèse à l’EPFL, tout en m’en proposant une à Nancy, de m’avoir encouragé
et parrainé pour la rédaction et la défense de cette HDR et de m’avoir accompagné pour les
démarches administratives. Je n’oublie pas François Lesage que je dois remercier, ne serait-ce
que pour le template L
A
T
EX de ce manuscrit, ou pour toutes ces excellentes conversations que
nous avons pu avoir tous les deux et/ou les trois avec Razak à Nancy, Lyon, Londres, ..., au cours
de ces années.
J’ai eu la chance d’effectuer ma thèse de doctorat au Laboratoire d’Automatique de l’Ecole
Polytechnique Fédérale de Lausanne sous la cosupervision des Professeurs Dominique Bonvin
et Bala Srinivasan (alors Dr., Chercheur Sénior, à l’EPFL). À votre contact, et dans un envi-
i

ronnement aussi exigeant que peut l’être l’EPFL, j’ai pu développer les qualités scientifiques et
professionnelles nécessaires à la pratique de la recherche (patience, créativité, rigueur, ...), mais
aussi j’ai eu l’exemple de la bonne pratique de la recherche : respect du lecteur et des délais,
professionnalisme, travail en équipe, éthique de la recherche... Enfin, la façon dont vous m’avez
donné progressivement des responsabilités reste pour moi un modèle d’encadrement de jeunes
chercheurs. Travailler avec vous a été un honneur et un plaisir comme doctorant, et dix ans après
ma soutenance, cela le reste. Je dois remercier encore une fois Dominique de m’avoir réouvert
les portes du Laboratoire d’Automatique cette fois comme sénior de recherche, quatres ans après
l’avoir quitté et les maintenir ouvertes en me maintenant comme “Academic Guest” depuis la fin
de l’année dernière. Encore merci !
Après ma thèse, j’ai travaillé dans plusieurs laboratoires sur le Parc Scientifique de l’EPFL,
en France comme Maître de Conférences et depuis 2008, de nouveau à l’EPFL comme chercheur
Sénior. Je remercie donc tous les excellents collègues que j’ai rencontré au cours de ces années, les
étudiants et doctorants que j’ai (co-)encadrés, les partenares industriels et académiques avec qui
nous avons essayé (et souvent réussi) de monter et de réaliser des projets de recherche. Je tiens à
remercier Martyn, Pieter, Fabien et Jan-Anders (Parc Scientifique EPFL), Jean-Philippe, Éric,
Jérôme (LBE-INRA), Gaël, Laurie, Daniel, Monique, Stéphane, Julien (UPVD), Roland, Do-
minique, Timm, Colin, Alireza, Denis, Philippe, Christophe, Francis, Julien, Gene, Sean, Alain,
Sandra, Ruth, Francine (LA-EPFL) ainsi que les anciens du LA (Benoît, Thierry, Misko et Dave
entre autres). Certains des projets discutés dans ce mémoire impliquent des partenaires acadé-
miques et industriels. Il faut bien évidemment être au moins deux personnes de bonne foi pour
collaborer. Je me dois donc de remercier en tout premier lieu François Maréchal et Jan Van Herle
de l’ex LENI de l’EPFL, Roland et Abhishek (Roche), Alexandre et Jérôme (Swatchgroup) et
Olivier (SOFC Power), ainsi que tous ceux que, fatalement, j’oublie en tapant ces lignes. Depuis
quelques mois, je travaille à la HES-SO (Haute École Spécialisée de Suisse Occidentale - “Univer-
sity of Applied Sciences and Arts Western Switzerland”). J’y ai rencontré des gens formidables.
Merci donc en premier lieu à Olivier et Gautier, et aussi à tous mes autres excellents collègues.
Enfin je tiens à remercier tous les étudiants que j’ai co-encadré que ce soit pour des projets de
Bachelor, de Master ou de thèse pour Julien, Alain, Gene et Sean. Travailler avec eux m’a permis
de progresser scientifiquement, pédagogiquement et humainement et a été un plaisir. Pour ceux
que j’aurais oublié dans cette liste, toutes mes excuses. J’ai eu la chance de rencontrer beaucoup
d’enseignants et de chercheurs durant ces quinze dernières années et les discussions que j’ai eues
avec certains m’ont certainement nourri intellectuellement, humainement et scientifiquement.
Merci à tous.
Enfin je remercie mes amis, ma famille et surtout mon épouse Christelle pour leur soutien et
leur amour inconditionnel.
ii

La science ne consiste pas seulement à savoir
ce qu’on doit ou peut faire, mais aussi à savoir
ce qu’on pourrait faire quand bien même
on ne doit pas le faire.
Umberto Eco.
One day I will find the right words, and they will be simple.
Jack Kerouac, The Dharma Bums
iii