Dans le cadre des communications par satellite, les caractéristiques du lien rendent difficile la mis en œuvre des systèmes de télécommunications. Pour certaines applications, le problème principal est le délai de propagation. Un autre problème est la perte des données due aux caractéristiques du canal. Le but de cette thèse est de proposer un mécanisme qui assure la fiabilité de la communication tout en maximisant l’efficacité d’utilisation de la bande passante. Le protocole HARQ est reconnu pour sa capacité à atteindre le meilleur compromis fiabilité/débit. Cependant, ce mécanisme doit être optimisé pour pouvoir être utilisé sur un lien satellite. Dans un premier temps, nous proposons une méthode de fiabilisation basée sur l’HARQ statique, où le nombre de bits à envoyer à chaque transmission est fixé à l’avance. Cette méthode s’adresse aux services qui tolèrent un certain délai avant la réception du message. À partir de la distribution statistique du canal, elle définit la probabilité de décodage optimale à chaque transmission. Le nombre de bits à envoyer est calculé en fonction de ces probabilités et de la distribution d’information mutuelle du canal. Dans un deuxième temps, nous introduisons une version adaptative de la méthode précédente. Le récepteur calcule le nombre de bits à envoyer en fonction de l’état du canal pendant la transmission actuelle. Le nombre de bits calculé est renvoyé dans un acquittement vers l’émetteur. Finalement, nous présentons une structure de trame couche physique dans le cadre des mécanismes HARQ proposés et nous évaluons ses performances en faisant varier les paramètres du système. L’objectif est de trouver l’ordre de grandeur optimal des tailles de trames et des codes correcteurs d'erreurs à utiliser.

Dans la chambre de combustion, les températures auxquelles les parois sont soumises sont supérieures aux températures de fusion des matériaux. Afin de protéger les parois, une partie de l'air froid provenant du compresseur est injectée par des milliers de perforations (multiperforation). Cependant, face à l'enjeu de la pollution, les motoristes considèrent des solutions qui limitent la quantité d'air disponible pour le refroidissement. Son optimisation s'avère donc capital. Néanmoins, la très petite taille des perforations rend les simulations numériques coûteuses, et des modèles homogènes permettant de s'affranchir du maillage des trous ont gagné de l'importance. De plus, des études récentes ont mis en évidence l'intérêt d'une injection d'air de refroidissement non-alignée avec l'écoulement chaud (solution baptisée dilution giratoire). Cette thèse se propose, d'une part de développer un modèle homogène adapté à ce type nouveau d'injection et d'autre part de contribuer à la compréhension de la multiperforation giratoire.

Dans la plupart des problèmes de synthèse, la loi de commande obtenue doit répondre simultanément à des critères réquentiels et temporels en vue de satisfaire un cahier des charges précis. Les derniers développements des techniques de synthèse Hinf de contrôleurs structurés permettent d'obtenir des lois de commande satisfaisant des critères fréquentiels multiples. En revanche, la synthèse de loi de commande satisfaisant une contrainte temporelle sur une sortie ou un état du système est plus complexe. Dans ce travail de thèse, la technique OIST est considérée pour ce type de contraintes. Elle consiste à saturer la sortie du contrôleur dès que la contrainte n'est plus vérifiée afin de restreindre l'ensemble des sorties admissibles. Initialement formulée pour les systèmes linéaires connus dont l'état est mesuré, la technique OIST peut être généralisée pour permettre de considérer des systèmes incertains. C'est l'extension OISTeR qui est proposée dans ce travail. Elle utilise les données d'un observateur par intervalles pour borner de manière garantie le vecteur d'état. La théorie des observateurs par intervalles a récemment fait l'objet de nombreux travaux. La méthode la plus rapide pour obtenir un observateur par intervalles d'un système donné est de considérer un système intermédiaire coopératif dans de nouvelles coordonnées. Une nouvelle technique de détermination de ces nouvelles coordonnées, intitulée SCorplO, est proposée dans ce mémoire. L'ensemble des techniques présentées est appliqué au contrôle d'un lanceur flexible durant son vol atmosphérique, en présence de rafales de vent et sous contrainte temporelle sur l'angle d'incidence.

La prochaine génération d’avions civil sera probablement une révolution en terme de configuration d’avion, différant largement de l’architecture désormais classique “fuselage- ailes - moteurs sous voilure”.Du point de vue des qualités de vol, la tendance actuelle est d’évoluer vers des avions de moins en moins stables, à la fois en longitudinal et latéral. Il est dès lors probable que les futurs avions ne seront pas directement contrôlables par un humain sans l’apport de lois de commande stabilisantes. Il devient alors nécessaire de considérer l’apport des systèmes de commandes de vol très tôt dans la conception de l’avion, notamment pour le dimensionnement des empennages, gouvernes et actionneurs, contrairement au processus actuel qui ne prend principalement en compte que des critères “boucle ouverte” d’équilibre en phase de conception préliminaire. Plutôt qu’un processus itératif de dimensionnement puis synthèse de lois de commande, nous proposons d’optimiser simultanément les tailles de gouvernes, actionneurs et commandes de vol en tenant compte des instabilités longitudinales et latérales, ainsi que des contraintes industrielles sur la structure de correcteurs, sur un cas d’application de type aile volante. Ce processus de “co-design” permet de dimensionner des paramètres physiques de l’avion en tenant compte des apports d’une boucle de retour pour contrer des perturbations externes telles que de la turbulence atmosphérique, permettant un avion plus sûr et optimal.

Le problème de restauration d'images dégradées par des flous variables connaît un attrait croissant et touche plusieurs domaines tels que l'astronomie, la vision par ordinateur et la microscopie à feuille de lumière où les images sont de taille un milliard de pixels. Les flous variables peuvent être modélisés par des opérateurs intégraux qui associent à une image nette u, une image floue Hu. Une fois discrétisé pour être appliqué sur des images de N pixels, l'opérateur H peut être vu comme une matrice de taille N x N. Pour les applications visées, la matrice est stockée en mémoire avec un exaoctet. On voit apparaître ici les difficultés liées à ce problème de restauration des images qui sont i) le stockage de ce grand volume de données, ii) les coûts de calculs prohibitifs des produits matrice-vecteur. Ce problème souffre du fléau de la dimension. D'autre part, dans beaucoup d'applications, l'opérateur de flou n'est pas ou que partialement connu. Il y a donc deux problèmes complémentaires mais étroitement liés qui sont l'approximation et l'estimation des opérateurs de flou. Cette thèse a consisté à développer des nouveaux modèles et méthodes numériques permettant de traiter ces problèmes.

Cette thèse porte sur la caractérisation expérimentale et la simulation numérique d’une configuration de jet rond en impact peu rencontrée dans la littérature : un jet chauffé issu d’une conduite pleinement développée à un haut nombre de Reynolds (ReD = 60 000) impacte normalement une paroi située à trois diamètres en aval. Le premier volet de ce travail est dédié à la génération d’une base de donnée expérimentale à l’aide de plusieurs moyens de mesure, avec pour objectif de caractériser à la fois la dynamique et la thermique de l’écoulement. Les techniques complémentaires de vélocimétrie laser à franges (LDV) et vélocimétrie par image de particules (S-PIV) ont été mises à profit pour la caractérisation du champ de vitesse et du tenseur de Reynolds tandis que les champs de température moyenne et fluctuante ont été mesurés à l’aide d’un fil froid. Enfin, les échanges thermiques au niveau de la paroi ont été obtenus par la méthode inverse de thermographie en face arrière (ThEFA). En plus de fournir une base de donnée très complète nécessaire à la validation des simulations numériques, ces mesures ont également permis de mettre en évidence l’organisation à grande échelle de l’écoulement, avec la présence de grandes structures tourbillonnaires dont la fréquence de passage correspond au mode colonne du jet libre et qui s’approchent de la paroi d’impact aux alentours du second maximum observé dans la distribution des échanges pariétaux. Le second volet concerne les simulations numériques visant à reproduire la configuration expérimentale. Deux approches ont été évaluées : l’approche RANS pour quantifier la pertinence des modèles utilisés par les industriels et l’approche LES, plus coûteuse, mais donnant accès aux propriétés instationnaires et tridimensionnelles de l’écoulement. Les simulations RANS ont montré que les modèles reconnus comme les plus performants pour ce type de configuration sont incapables de prévoir correctement le niveau des échanges pariétaux. Ils sont, en revanche, bien reproduits par la simulation LES. Les données obtenues ont été mises à profit pour mieux comprendre les mécanismes liés à l’apparition du second maximum. Cette analyse a mis en avant le rôle des « points chauds ». Seuls certains d’entre eux ont pu être reliés à la présence de régions « décollées » tandis que la majorité est associée à des structures allongées dans la direction de l’écoulement.

Le contrôle des tourbillons de sillages d'aéronefs permet de réduire leur dangerosité et d'augmenter par conséquent le débit de décollages et d'atterrissages dans les aéroports. Ce contrôle permettrait également d'agir sur la formation des rainées de condensation et des cirrus artificiels en haute atmosphère dans le but de réduire le forçage radiatif terrestre causé par l'aviation. Brion (2014) ont montré par analyse de stabilité modale que le dipôle de Lamb-Chaplygin, souvent utilisé comme un modèle représentatif des tourbillons de sillage en champ lointain, est bidimensionnellement instable à des nombres de Reynolds faibles. Nous étendons premièrement cette analyse de stabilité modale bidimensionnelle à des modèles de dipôles plus réalistes, pour une large gamme de rapport d'aspect, et obtenons, à faibles nombre de Reynolds, des instabilités de même nature (modes de déplacement) que pour le dipôle de Lamb-Chaplygin. Nous montrons cependant que la croissance des instabilités observées dépend fortement du rapport d'aspect du dipôle, et que cette croissance est fortement diminuée lorsque la diffusion du dipôle est prise en compte. Nous étudions ensuite la stabilité bidimensionnelle transitoire en champ lointain (dipôles) et en champ proche (nappes de vorticité), en atmosphères homogène et stratifiée. Dans tous les cas, les perturbations optimales sont des spirales de vorticité orientées à contre-cisaillement et situées en périphérie des tourbillons, qui conduisent in fine aux instabilités écrites par l'analyse modale grâce à un mécanisme de contamination du cœur des tourbillons, initialement identifié par Antkowiak & Brancher 2004 sur un tourbillon isolé.

De nombreuses recherches sont actuellement menées afin de réduire les émissions polluantes des aéronefs. Le contrôle actif des écoulements aérodynamiques est une piste envisagée pour répondre à ces enjeux. Parmi les technologies de contrôle en développement, les technologies plasma offrent plusieurs avantages, dont la compacité, la simplicité de mise en oeuvre et la réactivité. Ce travail de thèse a été consacré à l’étude d’un actionneur plasma de type jet synthétique. Il se présente sous la forme d’une petite cavité insérée en paroi et reliée à l’extérieur par une tuyère. Un arc électrique est généré dans la cavité, ce qui entraîne une augmentation de la pression de l’air dans celle-ci. Par conséquent, un jet est produit à la sortie de la tuyère, et celui-ci peut interagir avec l’écoulement extérieur. A la suite de cette phase d’éjection, de l’air extérieur est naturellement aspiré par la cavité, ce qui permet au processus d’être répété à des fréquences pouvant atteindre plusieurs kilohertz. L’objectif de ce travail de thèse est de construire un modèle numérique capable de reproduire ces phénomènes physiques. Pour cela, un calcul aérodynamique de type Large Eddy Simulation est mis en oeuvre. L’action du plasma d’arc est prise en compte au travers de termes sources dans l’équation de l’énergie. Ces derniers sont notamment calculés grâce à l’hypothèse d’équilibre thermodynamique local dans le plasma. De plus, l’augmentation de la température dans la partie solide de l’actionneur est simulée lorsque celui-ci est opéré à haute-fréquence. Les résultats du modèle numérique sont comparés à des mesures de vitesse effectuées lorsque l’actionneur fonctionne dans un environnement extérieur au repos et lorsque celui-ci interagit avec une couche limite.

A leurs débuts dans les années 50, les véhicules de décollage et d'atterrissage verticaux (VTOL) n’étaient pilotés que par les pilotes les plus expérimentés. Les avancées récentes sur les capteurs inertiels à faible coût, les systèmes embarqués intégrés, d'autre part, renforcent les systèmes d'augmentation de la stabilité (SAS) pour atténuer les modes dynamiques instables et permettre un vol par un utilisateur faiblement expérimenté puis de façon totalement autonome. Cependant, presque toutes les techniques de conception du pilote automatique reposent sur des descriptions mathématiques précises d'architectures nouvelles et donc inconnues. La présente thèse établit un cadre unifié, à savoir la Phi-théorie, pour évaluer les qualités de manipulation des véhicules hybrides et, en outre, concevoir des lois de contrôle stabilisatrices appropriées. Cette étude a consisté à établir un modèle traçable pour les véhicules tail-sitters en vue de la conception du contrôle et de l'analyse de la dynamique qualitative. La Phi-théorie proposée ne donne pas seulement un modèle avantageusement numérique, mais élargit également notre compréhension des véhicules tail-sitters. En contraste étroit avec la littérature existante, le modèle proposé est globalement non singulier, de type polynomial et contourne l'utilisation d'angles aérodynamiques d'attaque et de glissement latéral (free-stream et propwash induits). Même si mathématiquement élégant, un modèle mathématique ne présente un intérêt que s'il est conforme à la réalité. Cette thèse montre que c'est le cas au moyen de données issues d’une campagne de soufflerie ainsi que grâce à des essais en vol.

Les moteurs-fusées hybrides combinent les technologies des deux autres catégories de moteurs à propulsion chimique, et associent un combustible et un oxydant stockés respectivement sous phase solide et liquide. Cette architecture offre un certain nombre d’avantages, comme par exemple des coûts plus faibles et une architecture simplifiée par rapport à la propulsion bi-liquide; la possibilité de réaliser de multiples extinctions et ré-allumages et une bonne impulsion spécifique théorique par rapport à la propulsion solide, et enfin une sécurité de mise en œuvre accrue et un impact environnemental faible vis-à-vis de ces deux autres modes de propulsion. Comme toutes les chambres de combustion, celles des moteurs hybrides peuvent subir des oscillations de pression sous certaines conditions de fonctionnement. Ces instabilités se traduisent par des fluctuations de poussée qui peuvent dégrader la structure d’un lanceur ou d’un satellite. Des phénomènes divers peuvent être à l’origine des fluctuations de pression observées dans les moteurs hybrides. L’objectif de la thèse est de proposer une modélisation des instabilités d’origine hydrodynamique qui apparaissent dans les moteurs hybrides. Une exploitation nouvelle de la base de données disponible à l’ONERA a servi de support pour la modélisation, ainsi que des simulations numériques instationnaires 2D et 3D réalisées à l’aide du code CFD CEDRE. Les instabilités sont provoquées par la formation périodique de structures tourbillonnaires dans la chambre de combustion, qui génèrent des fluctuations de pression lors de leur passage dans le col de la tuyère. L’originalité du modèle, basé sur la théorie classique de génération tourbillonnaire dans une cavité, consiste à prendre en compte les variations géométriques de la chambre de combustion au cours des tirs. Ces variations ont un effet sur la vitesse de l’écoulement, sur la zone de recirculation dans la post-chambre, ainsi que sur les tourbillons eux-mêmes. Enfin, plusieurs nouveaux essais du moteur hybride HYCOM ont été effectués et confrontés au modèle développé dans le cadre de la thèse.