Promoteur : Prof. Alain Vande Wouwer

Résumé :

Suivant le récent succès de l’extrusion à chaud dans le domaine pharmaceutique, le pilotage et le contrôle de ce type de processus est en croissante évolution. Dans ce travail, un modèle aux paramètres distribués (basé sur les bilans de masse et d’énergie et sur le travail de Kulshreshtha propose une modélisation complexe d’une extrudeuse utilisant un système d’équations aux dérivées partielles (PDEs). La contribution de ce travail est de considérer une machine composée de différents éléments de vis avec des géométries spécifiques et de proposer une stratégie adéquate alliant un changement de la coordonnée spatiale et l’expression de conditions limites entre chaque section de vis. Ce modèle dynamique utilise plusieurs hypothèses comme un flux 1D, une masse volumique de la matière constante et une perte de chaleur négligeable entre les zones mortes des vis. Une identification des paramètres est également effectuée en utilisant les informations fournies par les mesures de la RTD comme suggéré par différents travaux. Les mesures de couple aux vis apportent des informations supplémentaires pour la phase d’identification qui est préalablement étudiée à travers une analyse de sensibilité. Avant l’étude du contrôle du processus d’extrusion, divers modèles réduits sont proposés afin de réduire l’effort de calcul que demande le modèle mathématique détaillé. En effet, cela permet de proposer des alternatives adéquates pour l’élaboration d’une loi de commande. Trois modèles supplémentaires sont exprimés en effectuant des simplifications et suppressions de phénomènes physiques sur le modèle détaillé. La première réduction propose toujours un modèle aux paramètres distribués mais où la répartition interne massique et la géométrie des vis sont simplifiées. Les deux modèles restants proposent une modélisation liant directement les entrées et sorties du système par un système d’équations différentielles ordinaires (ODEs). Ces deux dernières modélisations se basent sur l’hypothèse d’un échange de chaleur parfait entre la matière et le fourreau de la machine. Le second modèle réduit garde son caractère non linéaire à travers l’expression de l’évolution de la viscosité dynamique. Le troisième modèle propose une linéarisation du système avec un changement de la variable temporelle pour tenir compte du temps de retard du système. Enfin, diverses stratégies de contrôle sont énoncées pour permettre la régulation de la concentration de sortie en API () et du débit de sortie (). Les types de contrôles testés vont du contrôleur PID avec prédicteurs de Smith aux techniques prédictives (MPC, NMPC et NEPSAC). La robustesse de ces lois de commandes est étudiée à l’aide d’introduction d’erreurs sur les paramètres de modélisation et de bruits sur les entrées du système lors des simulations. Des comparaisons au niveau de l’effort de calcul et de la précision des résultats sont finalement effectuées entre les stratégies de contrôles proposées.