L’étude présentée dans cette thèse se situe dans le domaine de l’acoustique modale des conduits avec des parois absorbantes et un écoulement moyen. Nous considérons une source de bruit en amont avec une fréquence fixe. Avec cela, nous étudions les modes propres acoustiques du conduit en terme de nombre d’onde qui sont présents. Avec cette étude, nous contribuons à la meilleure compréhension de la propagation du son dans ce type de configuration. Parmi les applications, il y a la réduction du bruit des moteurs des aéronefs. Une analyse numérique par la méthode pseudospectrale de collocation, sur la base de polynômes de Chebyshev, a été mise en ouvre pour obtenir le spectre des modes, dans un domaine transversal. Pour cela, deux programmes ont été utilisés : le programme FiEStA, qui a été développé dans le cadre de cette thèse, et qui résout les équations d’Euler linéarisées, en considérant un problème à une ou deux une ou deux dimensions. D’autre part, le programme MAMOUT, a été utilisé pour résoudre les équations de Navier-Stokes linéarisées, pour étudier plus spécifiquement les effets de la viscosité. Avec ces outils, on a constaté les effets de trois paramètres : lorsque le rapport d’aspect augmente, la densité des modes, en particulier des modes propagatifs, se développe également. Quand le nombre de Mach de l’écoulement moyen augmente, on observe les effets suivants sur les valeurs propres : un déplacement vers la partie réelle négative, une amplification de leur valeur absolue et un déplacement vers les modes d’indice inférieur. Le profil d’écoulement moyen induit aussi un déplacement dans les valeur propres, pas facilement prévisible. Il modifie également la forme des fonctions propres ; ce qui est notamment visible pour le mode d’onde plane. Les changements d’impédance induisent un échange cyclique de valeurs propres entre les valeurs de parois rigides des modes consécutifs. Avec certaines valeurs d’impédance, les modes acoustiques de paroi apparaissent. Ils sont caractérisés par la forme exponentielle de leurs fonctions propres. En plus des modes acoustiques, il existe des modes hydrodynamiques de surface qui se sont révélés avec quelques valeurs d’impédance et forme et nombre de Mach de l’écoulement moyen. Pour un ensemble de données de référence, ces modes ont été étudiés. L’impédance a été considérée avec un modèle basé sur des données de la littérature, tout comme le profil d’écoulement moyen. Un mode hydrodynamique a été trouvé. Avec certaines valeurs de la fréquence, l’ensemble des paramètres donne lieu à une instabilité. En utilisant le critère Briggs Bres pour la stabilité, l’instabilité a été jugée absolue. À partir du comportement des modes avec différentes valeurs de l’impédance, et conformément aux résultats publiés, nous avons défini la condition que le spectre doit remplir pour réduire autant que possible le bruit. C’est cela qu’on appelle l’impédance optimale. Nous avons calculé cette valeur pour différents fréquences et écoulements moyens.

Ce projet se place dans le contexte des futures missions habitées d’exploration du système solaire (avec un horizon de 2025), en respect de la feuille de route proposée par l’ISECG (International Space Exploration Coordination Group) [1]. Une nouvelle avancée serait de maintenir, à un des points de Lagrange du système Terre-Lune, en avant-poste, une station spatiale qui faciliterait l’accès vers les destinations telles que la Lune, Mars et les astéroïdes et permettrait de tester certaines technologies, notamment avant de les employer pour des missions plus lointaines. Un des principaux défis sera de maintenir en permanence et de garantir à bord la santé de l’équipage, à l’aide d’un centre médical (SMC) autonome arrimé à cette station. Se pose alors la problématique de la servitude d’une telle station, pendant la phase de déploiement (assemblage des différents modules constitutifs du centre médical) et la phase opérationnelle. Les enjeux résident, d’un point de vue global, dans la construction des scénarios opérationnels et, d’un point de vue local, la sélection de trajectoires, cherchant notamment à minimiser les incréments de vitesse (la dépense énergétique) et les temps de transport (sauvegarde des équipages). Quelles recommandations pourrait-on apporter en terme d’optimisation de trajectoire, satisfaisant des critères de dépense énergétique, durée de transport et sécurité ? Quels sont les verrous technologiques à lever pour permettre la réalisation d’une telle station spatiale? Quelles seraient les performances à viser pour les sous-systèmes critiques impliqués? Les résultats d’une telle étude permettraient d’ouvrir des perspectives de recherche et développement dans le domaine des vols habités, notamment dans le domaine du transport mais également dans l’optique d’une occupation de longue durée.

Dans cette thèse, nous aborderons deux aspects fondamentaux qui se posent dans les systèmes de commande modernes du fait de l'interaction entre des processus en temps continu et des dispositifs numériques: la synthèse de lois de commande en présence de quantificateurs et l'estimation d'état en présence de mesures sporadiques. Une des caractéristiques principales de cette thèse consiste également à proposer des méthodes constructives pour résoudre les problèmes envisagés. Plus précisément, pour répondre à cette exigence, nous allons nous tourner vers une approche basée sur les inégalités matricielles linéaires (LMI). Dans la première partie de la thèse, nous proposons un ensemble d'outils constructifs basés sur une approche LMI, pour l'analyse et la conception de systèmes de commande quantifiés impliquant des modèles et des correcteurs linéaires. L'approche est basée sur l'utilisation des inclusions différentielles qui permet de modéliser finement le comportement de la boucle fermée et ainsi d'obtenir des résultats intéressants. Dans la seconde partie de la thèse, inspirés par certains schémas d'observation classiques présentés dans la littérature, nous proposons deux observateurs pour l'estimation de l'état d'un système linéaire en présence de mesures sporadiques, c'est-à-dire prenant en compte la nature discrète des mesures disponibles. De plus, en se basant sur une des deux solutions présentées, une architecture de commande basée observateur est proposée afin de stabiliser asymptotiquement un système linéaire en présence à la fois de mesures sporadiques et d'un accès intermittent à l'entrée de commande du système.

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont pour objectif de proposer un langage de description temporelle pour des systèmes temps-réel et d’établir les conditions de leur ordonnançabilité sous l’algorithme Earliest Deadline First (EDF). Les langages de description temporelle permettent de spécifier le comportement temporel d’une application indépendamment de son comportement fonctionnel. Le programmeur déclare dans ces langages à quels instants précis doivent être déclenchées et terminées les activités du système. Cette gestion du temps, précise et explicite, apporte au système son caractère déterministe. Le langage proposé, Extended Timing Definition Language (E-TDL), étend des langages dirigés par le temps existants, en particulier Giotto et TDL, en introduisant un nouveau modèle de tâche donné par quatre paramètres : phase, pire temps d’exécution, temps d’exécution logique TEL (intervalle de temps séparant le lancement de la tâche et sa terminaison) et période. L’introduction de ce nouveau modèle de tâche nécessite de revisiter en particulier le problème de l’ordonnançabilité des tâches pour EDF. Cette thèse propose et développe une analyse basée sur la fonction de demande pour des ensembles de tâches décrites en E-TDL et s’exécutant en contexte monoprocesseur. Une condition nécessaire et suffisante est obtenue au travers d’une analyse précise des intervalles séparant les activations de tâches au sein de différents modules s’exécutant indépendamment et pouvant changer de mode à des instants prédéfinis. Une borne de la longueur des intervalles sur lesquels doit s’opérer la vérification est déterminée. Un outil mettant en œuvre cette analyse a été développé.

Une nouvelle architecture d’Imagerie Flash Laser, appelée imagerie flash laser mosaïque (IFLM) consistant à visualiser une scène par acquisition rapide de petites zones ou imagettes a été développée à l’ONERA. Par rapport à l’imagerie Flash laser traditionnelle qui acquiert en une seule fois toute la scène, cette technique permet d’augmenter le niveau de l’éclairement sur chaque imagette mais nécessite de couvrir l’ensemble de la scène d’étude avec une haute cadence d’échantillonnage spatiale. Cette thèse a pour but d’évaluer les performances de ce nouveau concept puis de les comparer à l’imagerie flash laser classique. Dans une première étape, un simulateur complet d’IFLM (Modèle de formation d’image incluant les algorithmes de reconstruction de la scène) a été développé afin de synthétiser tous les phénomènes intervenant dans la formation des images acquises par la caméra puis de réaliser les traitements de restauration nécessaires afin de s’affranchir des artefacts introduits par cette technique. La simulation des images en entrée instrument prend en compte la forme du faisceau de la source, le type de balayage, le canal de propagation (transmission atmosphérique et turbulence) et enfin des bruits instrumentaux. Afin de reconstituer une image complète de la scène à partir des imagettes, trois méthodes de restauration ont été comparées montrant l’apport de notre méthode d’optimisation avec contrainte RL1L2. Dans une seconde étape, ce simulateur bout-en-bout a été utilisé afin de sélectionner le balayage optimal du faisceau laser pour obtenir la meilleure qualité d’image. Nous avons montré qu’un balayage en quinconce était préférable à un balayage en ligne. Dans une troisième étape, les performances en termes de rapport signal-à-bruit et de contraste ont été évaluées et comparées à des images acquises par imagerie flash laser classique. Les résultats obtenus sur des images synthétiques ont montré que les performances entre ces deux techniques étaient comparables. Enfin, une analyse est menée sur l’étude des performances d’un tel système en tenant compte des technologies disponibles. Compte tenu des caractéristiques actuelles des sources laser et détecteurs, l’imagerie flash laser mosaïque montre son intérêt lorsqu’il faut couvrir un large champ de la scène présentant de faibles évolutions temporelles.

Le Dynamic Soaring est une technique de vol qui extrait l'énergie du vent par des manoeuvres particulières. Il est directement inspiré par le vol des albatros, qui parviennent à se maintenir en vol sans battre des ailes sur des centaines de kilomètres. Les types de manoeuvres nécessaires ainsi que les dimensions de l'oiseau suggèrent un potentiel de transposer le Dynamic Soaring aux véhicules de faibles dimensions. Cette thèse étudie la faisabilité d'exploiter le Dynamic Soaring dans le but de longue endurance vol autonome. Modèles et simulations sont menées afin de dériver une trajectoire qui maintienne le véhicule en vol sans apport d'énergie interne et d'étudier la physique de ce vol particulier,. Ensuite, la recherche se concentre sur l'influence des variables d'environnement et du cap de vol sur les sur les performances par Dynamic Soaring.

Cette activité de recherche concerne le domaine de la navigation par satellite qui utilise les systèmes GNSS (Global Navigation Satellite Systems). Elle vise à améliorer les performances globales d’un système de navigation, c’est à dire la robustesse, la disponibilité et l’intégrité d’un récepteur utilisant les signaux GNSS pour élaborer sa position et sa vitesse. L’enjeu est important et on note que les représentations des nouveaux signaux proposés pour GPS et GALILEO visent à diminuer la corrélation entre les signaux, faciliter la poursuite de ces signaux en abaissant le niveau des seuils de poursuite, réduire l’effet des interférences. La navigation basée sur les signaux GNSS reste toutefois dépendante du canal de propagation et est particulièrement affectée en cas réflexion, réfraction, diffraction, diffusion, et de blocage du signal émis par le satellite. Il en résulte une dégradation importante des performances en environnement urbain. L’objectif de cette recherche est ainsi de proposer, d’analyser et de caractériser des architectures de récepteur robuste, permettant d’adresser efficacement le problème de la navigation dans des environnements difficiles où le signal GNSS est affecté par de fortes perturbations. De nombreux travaux de recherche visant à améliorer les performances des algorithmes de poursuite du signal au sein d’un récepteur ont été conduites, en particulier pour adresser le problème de cette poursuite dans des environnements difficiles, en présence de multi-trajets. Les approches les plus connues traitent le signal de post-corrélation. Ainsi l’utilisation de corrélateurs étroits permet de réduire l’impact des multi-trajets générant un retard important. De même des techniques utilisant un banc de corrélateurs pour estimer les paramètres des multi-trajets ont été étudiées. La présence de multi-trajets demeure toutefois une importante source d’erreur pour des récepteurs opérant en environnement urbain. L’amélioration des performances des récepteurs dans ce contexte reste un enjeu important et de nombreuses études sont conduites en vue d’améliorer la disponibilité, la robustesse, la fiabilité et l’intégrité de ces récepteurs. Le principal objectif de cette thèse est de proposer une architecture de poursuite adaptive exploitant des techniques de poursuite vectorielle (Vector Tracking Loop – VTL). Les récepteurs conventionnels utilisent une architecture directe où une poursuite scalaire du signal (Scalar Tracking Loop – STL) est réalisée en amont du navigateur. Cette architecture n’utilise pas les informations élaborées par le navigateur pour améliorer les performances de la poursuite. Au contraire l’architecture vectorielle permet à la poursuite de bénéficier de la connaissance de la position et de la vitesse estimées par le récepteur. Il peut en résulter une dégradation de la poursuite lorsque le navigateur ne sait pas isoler une mesure contaminée. Cet architecture rend donc les performances d’un canal très dépendantes des mesures utilisées par le navigateur, et donc en particulier des autres canaux. L’approche qui est explorée ici vise à combiner les approches de poursuite STL et VTL pour améliorer les performances des récepteurs en environnement urbain, dans un contexte multiconstellation.

Cette thèse porte sur les défis en matière de surveillance de la fiabilité de la navigation par GNSS pour les applications de véhicules terrestres dans les milieux urbains. L'objectif principal de cette recherche est de développer des méthodes de positionnement avec confiance en utilisant des mesures GNSS et des mesures de confiance pour l'utilisateur dans des environnements urbains contraintes. Dans la première partie de la thèse, les erreurs NLOS en milieu urbain sont caractérisées par un modèle 3D de l'environnement urbain. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons proposé une technique de surveillance de la fiabilité dans le domaine des mesures GNSS pour l'environnement urbain en utilisant un capteur de vitesse fiable. Enfin, nous avons développé une nouvelle expérimentale de surveillance de l'intégrité pour le positionnement en milieu urbain. En surveillant de la statistique de test contre un seuil spécifique, l'intégrité et la continuité de positionnement sont fixés à un certain niveau de confiance. En outre, le calcul de niveau de protection horizontale (HPL) en utilisant une approche composite a également été proposé.

Les charges que subit la voilure d’un avion ne peuvent pas être directement mesurées en vol. Ces charges sont le plus souvent estimées à partir des déformations de la voilure, mesurées par des ponts de jauge. La relation entre les déformations et les charges est typiquement modélisée par un modèle de régression linéaire. L'estimation des charges en vol est ainsi réalisée par une méthode en 2 étapes, connue sous le nom de méthode de Skopinski : - l'étalonnage au sol : des essais sont réalisés pour identifier les paramètres du modèle reliant les déformations, mesurées au sol, aux charges, connues à partir des efforts appliqués sur la structure. - les essais en vol : les charges sont estimées à partir des déformations, mesurées en vol, et des paramètres du modèle identifiés au sol. Dans cette méthode, les incertitudes existant à chaque étape ne sont pas prises en compte. Ces incertitudes correspondent aux bruits de mesure mais aussi aux erreurs de modélisation. De plus, le domaine d'application du modèle est différent du domaine dans lequel ses paramètres sont identifiés. En effet, le modèle est étalonné au sol dans des conditions de pression, de température et de chargement différentes des conditions existant en vol. Le but de cette thèse est de développer une méthode permettant de prendre en compte ces différentes sources d’incertitude afin, d’une part, de mieux identifier le modèle et, d’autre part, de quantifier l’incertitude qu’il entraîne lors de son utilisation.

La tenue résiduelle à l'impact basse vitesse est un critère dimensionnant des structures composites minces pour l'aéronautique. La majorité des travaux réalisés jusqu'ici porte sur l'analyse du comportement en zone courante. Ce travail élargit le domaine d'étude aux zones de variation d'épaisseur. L'objectif est d'étudier la tolérance aux dommages d'impact d'un stratifié comportant une zone de reprise de plis (ZRP) dans le cadre d'un dialogue essai/ calcul, en menant en parallèle une campagne d'essais expérimentaux et l'adaptation d'un modèle numérique de l'endommagement des composites. Le volet expérimental étudie successivement l'impact, la compression et la fatigue à R=-l après impact (CAI et FAI) d'éprouvettes comportant une ZRP. L'analyse des essais d'impact a permis d'identifier la résistance à l'impact et le mécanisme d'endommagement des éprouvettes. Ensuite, un outillage d'essai adapté à la géométrie des éprouvettes a été conçu pour les essais de CAI et de FAI. Les essais de compression montrent une tenue résiduelle statique après impact similaire à celle des éprouvettes sans perte de plis. Les essais de fatigue menés à 60 070 de la tenue résiduelle statique montrent une propagation des délaminages d'impact (en dessous du BVID) qui mène à la rupture des éprouvettes pour un nombre de cycles relativement faible. Alors que la tolérance aux dommages d'impact des ZRP sous chargement statique est comparable à celle des zones courantes lisses, on constate une forte vulnérabilité de ces zones sous chargement de fatigue. Le volet numérique a permis de tester l'approche DPM (Discrete Ply Model), développé lors de travaux précédents, sur une configuration particulière. Un maillage spécifique a été réalisé pour tenir compte des discontinuités de la ZRP. Au niveau de la loi matériau, une formulation unifiée de la rupture de fibres en traction/compression a été implémentée. Les résultats de la simulation d'impact sont en bonne corrélation avec les données expérimentales. Le modèle est capable de prédire la réponse globale de l'éprouvette ainsi que l'étendu des dommages internes. La modélisation de la CAI a permis de confirmer les mécanismes de rupture identifiés lors des essais. Ces résultats numériques sont remarquables puisqu'aucune modélisation locale particulière n'a été faite pour les arrêts de plis. L'approche DPM s'est révélée suffisamment robuste et bien adaptée à la modélisation de l'endommagement des stratifiés unidirectionnels.