Dans le cadre de la technologie d'assemblage par collage, l'évaluation des propriétés interfaciales est essentielle afin de déterminer la réponse globale de l'assemblage collé. En ce qui concerne la caractérisation mécanique des assemblages collés, une grande gamme de tests est largement utilisée pour déterminer les propriétés des adhésifs (rupture cohésive) et peu de tests sont disponibles afin d’évaluer les propriétés interfaciales entre les adhésifs et les substrats (rupture adhésive). Ainsi, parmi les tests de caractérisation d’une rupture adhésive, le test de flexion trois points peut être appliqué afin d’examiner les interactions entre l'adhésif et le substrat. Néanmoins, une comparaison directe de l’adhérence entre ce test et d’autres essais n’est pas possible, en raison des répartitions des contrainte et de modes de sollicitations différents. Une solution pratique pour résoudre ce problème consiste à l’application d’un critère couplé contrainte-énergétique (CC) puisque les propriétés d'interface sont indépendantes de l'épaisseur du substrat et/ou adhésif. Ces travaux de thèse proposent une méthode originale d'exploitation des essais de flexion trois points pour déterminer les propriétés interfaciales. Cette méthode est basée sur le critère couplé alimenté par une modélisation simplifiée par macro-éléments de l'essai..De plus, le comportement global du test de flexion trois points a été établi en termes d’adhérence, de taux de restitution d’énergie incrémentale et de contrainte critique. La thèse vise à faire un premier lien entre les propriétés interfaciales du système polyépoxy-aluminium et les propriétés cohésives de l’adhésif. Ainsi, cette thèse peut être vue comme un premier pas vers la capacité à prédire la rupture interfaciale dans le cadre d'un test de flexion trois points. En conclusion, l'apparition d'une rupture adhésive ou cohésive et la propagation de rupture instable ou stable des assemblages collés ont été triées et classées en fonction des propriétés d'interface.

Les méthodes numériques d’ordre élevé se sont avérées être un outil essentiel pour améliorer la précision des simulations concernant des écoulements turbulents par la résolution des lois de conservation. Ces écoulements se trouvent dans une grande variété d’applications industrielles et leur prédiction et modélisation est cruciale pour améliorer l’efficacité des procès. Cette thèse met en oeuvre et analyse différents types de schémas de discrétisation spatiale d’ordre élevé pour des maillages non structurés afin d’évaluer et de quantifier leur précision dans les simulations d’écoulements turbulents. En particulier, les méthodes de volumes finis (FVM) d’ordre élevé basées sur les opérateurs de déconvolution des moindres carrés et entièrement contraints sont considérées. De plus, leur précision est évaluée par une analyse analytique et pour des cas linéaires et non linéaires. Une attention spéciale est portée à la comparaison des FVM de second ordre et d’ordre élevé, montrant que la première peut surpasser la seconde en termes de précision et de performance de calcul dans des configurations sous-résolues. Les méthodes d’éléments spectraux (SEM) d’ordre élevé, y compris Spectral Difference (SD) et Flux Reconstruction (FR), sont comparées dans différentes configurations linéaires et non linéaires. De plus, un solveur SD basé sur GPU est développé et ses performances par rapport `a d’autres solveurs basés sur CPU seront discutées, montrant ainsi que le solveur développé basé sur GPU surpasse d’autres solveurs basés sur CPU en termes de performance économique et énergétique. La précision et le comportement des SEM avec de l’aliasing sont évalués dans des cas de test linéaires à l’aide d’outils analytiques. L’utilisation de grilles avec des cellules d’ordre élevé, qui permettent de mieux d’écrire les surfaces d’intérêt des simulations, en combinaison avec le SEM est également analysée. Cette dernière analyse démontre qu’un traitement particulier doit être implémenté pour assurer une précision numérique appropriée lors de l’utilisation de mailles avec ces éléments. Ce document présente également le développement et l’analyse de la méthode Spectral Difference Raviart-Thomas (SDRT) pour les éléments bidimensionnels et tridimensionnels de type produit tensoriel et simplex. Cette méthode est équivalente à la formulation SD pour les éléments de produit tensoriel et peut être considérée comme une extension naturelle de la formulation SD pour les éléments de type simplex. En outre, une nouvelle famille de méthodes FR, équivalente à la méthode SDRT dans certaines circonstances, est décrite. Tous ces développements ont été implémentés dans le solveur open-source PyFR et sont compatibles avec les architectures CPU et GPU. Dans le contexte des simulations d’ordre élevé d’écoulements turbulents trouvés dans les cas d’interaction rotor-stator, une méthode de maillage glissant (qu’implique des grilles non-conformes et le mouvement des maillages) spécifiquement adaptée aux simulations massivement parallèles est implémenté dans un solveur basé sur CPU. La méthode développée est compatible avec FVM et SEM de second ordre et d’ordre élevé. D’autre part, le mouvement de la grille, nécessaire pour simuler les cas d’essai rotor-stator `a cause du mouvement relatif de chaque zone du domaine, est traité à l’aide de la formulation Arbitrary-Lagrangian-Eulerian (ALE). L’analyse de cette formulation montre son influence importante sur la précision numérique et la stabilité des simulations numériques avec du mouvement de maillage.

Le projet Deep Space Gateway (DSG) se présente comme l’une des plus prometteuses collaborations internationales de la prochaine décennie. Il inclut la mise en place d’un avant-poste spatial dans un environnement cislunaire, servant de relais pour des missions (habitées ou non) d’exploration. L’orbite cible pour la station sera une Near Rectilinear Halo Orbit (NRHO) située a proximité d’un point de Lagrange Terre-Lune (EML). Les activités opérationnelles de Rendez-vous et de Docking (RVD) sont de la plus haute importance afin de mener à bien l’assemblage de la station puis les diverses opérations de maintenance. Le module Orion sera en charge de ces opérations et devra également assurer les missions de ravitaillement et les vols habités au départ ou à destination de la DSG. La littérature au sujet des questions de RVD dans le problème à deux corps sur des Orbites terrestres ou lunaires basses quasi-circulaires (LEO et LLO respectivement) est très vaste et les cas d’application pratique ne manquent pas : citons par exemple les RVD manuels des missions Apollo. Cependant, la complexité dynamique des modèles a trois corps ou plus fait qu’à ce jour aucun RVD l n’a été réalisé dans des régions proches des points de Lagrange, où les modèles képlériens ne sont plus applicables. Malgré la présence de nombreuses publications sur les trajectoires et orbites a proximité des points de Lagrange et des transferts dans le domaine cislunaire, la communauté scientifique ne dispose à ce jour que de très peu de résultats sur les opérations de RVD dans les environnements non-képlériens. L’intérêt suscité par la mise en route du projet DSG et des premiers vols du module Orion a néanmoins vivement relancé l’intérêt de la communauté sur le sujet. L’ISAE-Supaéro a développé avec ses partenaires (parmi lesquels l’Agence Spatiale Européenne, et Airbus Defence and Space) des outils semi-analytiques de modélisation et de calcul d’orbites de type NRHO, DRO, Lyapunov, Halo et Lissajou à proximité des points de Lagrange dans le problème circulaire restreint a trois corps (CR3BP). Ceci constitue un solide point de départ pour étendre les stratégies de RVD aux environnements cislunaires avec prise en compte des contraintes matérielles et opérationnelles des missions à venir. Ce doctorat propose le développement d’outils théoriques et de méthodes numériques de mécanique orbitale permettant d’exploiter les spécificités de l’astrodynamique non-linéaire pour réaliser des opérations de RVD en milieu cislunaire. Il s’agira de définir les contraintes propres à ce nouveau cadre opérationnel et de proposer des modèles répondant aux attentes des agences spatiales internationales et de l’industrie pour préparer l’exploration spatiale de demain. Nous nous intéresserons à des opérations de RVD entre la DSG, cible du rendez-vous et placée sur une orbite NRHO autour de EML2, et des véhicules provenant d’orbites terrestres. Nous proposerons en particulier un design de système de Guidage, Navigation et Contrôle (GNC) qui s’appuiera sur les capacités technologiques actuelles et à venir des senseurs et actionneurs embarqués.

Avec des architectures d'avions plus complexes, des itérations de conception rapides et rentables sont essentielles pour améliorer le rendement énergétique global. Cette thèse propose de revisiter une approche de modélisation instationnaire à bas ordre pour remplacer les simulations coûteuses de roue complète avec des méthodes Unsteady Reynolds Averaged Navier – Stokes (URANS). En effet, ces nouvelles architectures peuvent introduire des distorsions d’entrée plus fortes qui peuvent avoir un impact significatif sur le fonctionnement et les performances du turboréacteur. En raison de la nature instable et non axisymétrique de l’écoulement, des calculs de roue complète sont nécessaires. Dans cette thèse, une alternative est étudiée : l'approche Body Force. L'idée est de remplacer les pales dans le domaine de simulation par des termes sources volumiques, qui peuvent être exprimés en forces, visant à reproduire les effets des pales. Plusieurs contributions à la méthodologie de Body Force peuvent être trouvées dans la littérature, cependant, l'utilisation de la modélisation de Body Force instationnaire pour les prédictions de décollement tournant a reçu beaucoup moins d'attention car seule la version à basse vitesse du modèle de Gong a été utilisée. Ceci n'est pas adapté aux écoulements avec des effets de compressibilité et donc aux soufflantes. De plus, il repose sur une formulation non locale qui nécessite un solveur dédié. La méthode UBFM proposée permet une réduction significative des coûts pour l'ingestion de distorsion de la soufflante et l'évaluation de l'opérabilité. À cette fin, le modèle de Body Force de Hall-Thollet est utilisé comme point de départ, et une modification est proposée pour améliorer les prédictions hors adaptation. Dans l'ensemble, le coût de la simulation est divisé par 26.Dans la présente thèse, l'accent est mis sur l'ingestion de vortex, qui est un type de distorsion qui a reçu moins d'attention dans la littérature pour les soufflantes à très fort taux de dilution des moteurs civils que la séparation d’entrée d’air ou l'ingestion de couche limite. L'objectif est de fournir une analyse détaillée et une compréhension des mécanismes responsables de la perte d'opérabilité lorsqu'un vortex est ingéré par la soufflante. Pour cela, un modèle simplifié de vortex est obtenu de simulations précédentes dans des conditions de vent de travers incluant la présence du plan du sol. Le cas de test de l'étude est un démonstrateur de turboréacteur à double flux représentatif des moteurs modernes. Les simulations sont exécutées avec et sans vortex à plusieurs points de fonctionnement jusqu'à ce que le décollement tournant soit observé. Les résultats montrent que nos simulations UBFM sont capables de prédire les cellules de décollement tournant, avec des modèles et une vitesse de rotation similaires aux données URANS. Une comparaison des deux configurations de condition d’entée montre que le mécanisme de démarrage du décollement est similaire avec et sans distorsion. En particulier, en examinant l'incidence au niveau de la pale de la soufflante, un angle critique similaire est observé pour les deux configurations, qui est mis à profit pour établir un critère d’incidence et de conception valable pour les cas d'ingestion de vortex.

Dans le contexte d'une analyse de fiabilité, pour évaluer la position de retombée d'un étage de lanceur de satellite et pour estimer le risque de défaillance associé, il est souvent nécessaire d'utiliser un code de simulation numérique dont les entrées sont des mesures issues de systèmes embarqués. La méconnaissance des incertitudes affectant ces entrées mesurées peut avoir un impact considérable sur la qualité de l'estimation du risque de défaillance. Ces travaux de thèse ont deux objectifs principaux : - Implémenter un algorithme permettant d'acquérir le maximum de connaissances sur la distribution des entrées (sachant que la seule matière première est un jeu de données de petite taille) avant d'utiliser le résultat de cette apprentissage pour quantifier le risque de défaillance. - Effectuer une analyse de sensibilité permettant de comprendre quelles sont les variables d'entrée ou bien les motifs de dépendance en entrée qui jouent un rôle clé dans le processus d'estimation du risque.

Le développement des drones dans le cadre de la recherche atmosphérique a connu une forte croissance durant ces dernières années en raison de leurs multiples avantages. Les drones constituent un outil performant pour le profilage des paramètres les plus importants de la couche limite atmosphérique (CLA) comme la température, l’humidité et le vecteur vent, ainsi que pour les observations de la turbulence. Les avions instrumentés dédiés aux observations atmosphériques ont été une source d’inspiration pour le développement des charges utiles des drones qui sont des plateformes complémentaires aux systèmes déjà existants comme les tours, les avions instrumentés et les radiosondes, puisqu’ils peuvent échantillonner des zones inaccessibles aux autres plateformes. Nous avons qualifié deux charges utiles pour la mesure du vent et de la turbulence dans la couche limite atmosphérique pour deux drones de différentes tailles. Le premier est un drone de petite taille (3.5 kg y compris la charge utile et une envergure de 2.6 m) nommé OVLI-TA (Objet Volant Leger Instrumenté–Turbulence Atmosphérique). Le second est le drone BOREAL à voilure fixe de taille supérieure (25 kg dont une charge utile jusqu’à 5 kg et une envergure de 4.2 m).L’instrumentation météorologique d’OVLI-TA est composée d’une sonde cinq-trous qui remplace le nez du drone, un tube Pitot pour mesurer la pression statique et dynamique, une centrale inertielle, un GPS, ainsi que des capteurs de température et d’humidité. De plus, l’autopilot Pixhawk a été utilisé pour la navigation. Les calibrations de la sonde cinq-trous ont été réalisées en soufflerie afin de déterminer les coefficients de sensibilité des angles d’attaque et de dérapage. On présente les analyses d’un vol de qualification mené en mars 2016 dans le centre de recherche atmosphérique à Lannemezan qui est équipé d’une tour de 60 m instrumentée et dédiée à la mesure continue des paramètres de la couche limite atmosphérique, ainsi que de vols réalisés en juin et juillet 2016 lors de la campagne de mesure internationale DACCIWA (Dynamics-Aerosol-Chemistry-Clouds Interactions in West Africa), au Bénin. Cette analyse permet d’évaluer les performances d’OVLITA pour mesurer les valeurs moyennes du vent, de la température et de l’humidité, ainsi que la turbulence. Dans cette évaluation, les observations de la tour de 60 m et des radiosondes ont servi de référence.Les avancées de BOREAL par rapport à OVLI-TA résident dans sa charge utile qui est plus importante, son autonomie de vol qui peut atteindre les 9 heures, et aussi sa capacité de voler dans des conditions météorologiques plus défavorables. Son instrumentation météorologique inclut un GPS et une centrale inertielle, une sonde cinq-trous qui remplace le nez du drone et qui mesure les angles d’attaque et de dérapage, un tube Pitot, et des capteurs de température et d’humidité. Afin de calibrer la sonde cinq-trous, j’ai analysé les données du test en soufflerie et j’ai réalisé des simulations numériques avec le code d’écoulement FLUENT. De plus, le premier vol de qualification de BOREAL effectué en 2018 nous a permis de déterminer la vitesse air optimale du drone à laquelle les vibrations sont significativement réduites à un niveau acceptable. Par la suite, en 2020, une première campagne de mesure a été menée à Lannemezan afin de qualifier les capacités de BOREAL à mesurer le vent et la turbulence et ceci suite à des comparaisons avec la tour instrumentée. Un état détaillé des performances de la plateforme est présenté.

Depuis maintenant quelques années, de nombreux pays émergents deviennent des acteurs importants sur le marché des télécommunications. De par le sous-développement, voire même, l’absence d’infrastructures terrestres, les télécommunications par satellite sont particulièrement attrayantes pour ces pays. Cependant, une des grandes particularités de ces pays est qu’ils se trouvent majoritairement en régions tropicales et équatoriales. Cet aspect est ici mis en avant car la propagation Terre-Espace a été, jusque-là, principalement étudiée pour des régions tempérées telles que l’Europe et l’Amérique du Nord. Ces études ont montré qu’aux bandes de fréquences actuellement utilisées pour les systèmes de télécommunications par satellites, l’atténuation du signal la plus importante était causée par la pluie. Néanmoins, les caractéristiques des évènements précipitants en régions tropicales et équatoriales sont très différentes de celles observées en régions tempérées. De ce fait, une étude plus approfondie des différents modèles de propagation en régions tropicales et équatoriales est aujourd’hui nécessaire. De surcroit, il existe aujourd’hui un manque flagrant de données expérimentales dans ces régions pour permettre de valider et optimiser les modèles d’atténuation existants.C’est dans cette problématique que s’inscrit cette thèse en proposant l’utilisation d’un nouveau type de modèle hybride utilisant un simulateur numérique de l’atmosphère à haute résolution couplé à un module d’atténuation troposphérique. L’intérêt d’un tel modèle hybride est de pouvoir modéliser la propagation troposphérique pour tout type de liaison satellite. Ce modèle WRF-EMM est ici tester pour la première fois en région équatoriale à Kourou, à l’aide des données expérimentales recueillies durant la campagne de propagation ONERA/CNES en Guyane Française. Après l’observation d’une performance du modèle très variable d’un point de vue mensuel, une optimisation du modèle météo est présentée afin d’obtenir une configuration plus adéquate pour Kourou.

De nos jours, les robots autonomes sont confrontés à des environnements complexes et incertains nécessitant la planification automatique des différentes tâches devant être accomplies pour mener à bien la mission. Dans cette thèse, nous essayons de résoudre des problèmes dans lesquels l’incertitude est modélisée comme un ensemble d’état initiaux possibles de l’environnement, et nous nousintéressons aux méthodes de planification hors-ligne (avant le départ de la mission), le calcul de plan en ligne entraînant un coût de calcul supplémentaire non négligeable pendant la mission. La planification contingente est une de ces méthodes. Celle-ci consiste à calculer un plan contingent traitant l’incertitude du problème tout en laissant la possibilité d’effectuer des décisions en ligne rapides et conditionnéespar des observations de l’environnement. La planification contingente semble particulièrement adaptée aux missions de robotique autonome du fait de la facilité d’embarquabilité des plans contingents, mais celle-ci présente néanmoins une complexité d’autant plus élevée que le nombre d’observations à réaliser est grand. De plus, la réalisation d’une observation en cours de mission peut être coûteuse pour l’agent devant la réaliser. Cette thèse consiste donc `a développer un planificateur contingent traitant des problèmes comportant de l’incertitude sous forme d’un ensemble d’états initiaux possibles en limitant le nombre d’observations du plan. Pour cela, nous avons proposé d’utiliser un planificateur conformant (dont le but est de calculer un plan menant au but du problème quel que soit l’état initial possible et sans réaliser d’observation) afin de calculer le plus de branches conformantes possibles dans le plancontingent. Si un plan conformant ne peut pas être calculé, l’approche se sert ensuite des informations retournées par le planificateur conformant pour sélectionner l’observation à réaliser. Une première approche a été développée puis améliorée au fil de la thèse afin d’aboutir à un planificateur contingent complet, dot´e d’une représentation compacte des états de croyance, et qui contrairement `a une grande partie des planificateurs contingents de la littérature, n’est pas limité aux problèmes de taille contingenteinférieure à un. Les résultats de la comparaison de notre approche avec les planificateurs contingents de la littérature indiquent que malgré un temps de calcul plus élevé que ces planificateurs sur une grande partie des problèmes étudiés, notre approche limite efficacement le nombre d’observations du plan, rendant les plans générés compétitifs en terme de taille et de profondeur.

L'objectif de cette thèse est d'offrir des outils d'aide à la certification aéronautique de processeurs COTS multi-cœurs. Ces architectures sont par nature parallèles et peuvent de ce fait largement améliorer les performances de calcul. Cependant elles souffrent d'un grand manque de prédictibilité, au sensoù calculer les pires d'exécution même pour des programmes simples est un problème complexe, voire impossible dans le cas général. En effet, les cœurs partagent l'accès à presque toutes les ressources ce qui provoque des conflits(qualifiés d'interférences) entrainant des variations non maîtrisées des temps d'exécutions. Parmi les mécanismes complexes d'un processeur multi-coeur se trouve la cohérence de caches. Celle-ci assure que tous les cœurs lisant ou écrivant dans un même bloc mémoire ne peuvent pas aveuglement ignorer les modifications appliquées par les autres. Afin de maintenir la cohérence de caches, le processeur suit un protocole pré-déterminé qui définit les messages à envoyer en fonction des actions d'un cœur ainsi que les actions à effectuer lors de la réception du message d'un autre cœur.Cette thèse porte sur l'identification des interférences générées par les mécanismes de cohérence de caches ainsi que sur les moyens de prédiction de leurs effets sur les applications en vue de réduire les effets négatifs temporels. La première contribution adresse les ambiguïtés dans la compréhension que les applicants ont de la cohérence de cache réellement présente dans l'architecture. En effet, la documentation des architectures ne fournit généralement pas suffisamment de détails sur les protocoles. Cette thèse propose une formalisation des protocoles standards, ainsi qu'une stratégie, reposant sur les micro-benchmarks, pour clarifier les choix d'implémentation du protocole de cohérence présent sur l'architecture. Cette stratégie a notamment été appliquée sur le NXP QorIQ T4240. Une fois le protocole correctement identifié, la seconde contribution consiste à réaliser une description bas-niveau de l'architecture en utilisant des automates temporisés afin de représenter convenablement les micro-comportements et comprendre clairement comment le protocole de cohérence de cache agit. Ainsi,un framework de génération de modèles génériques a été développé, capable de supporter plusieurs protocoles de cohérence de cache et de représenter différents agencements d'architectures afin de mieux correspondre à l'architecture choisie par le postulant. La troisième contribution explique comment utiliser cette représentation de l'architecture pour exhiber les interférences. Elle propose une stratégie pour détailler les causes et effets de chaque interférence liée à la cohérence de caches sur les programmes.Commençant par une simple analyse de temps d'exécution, les résultats descendent jusqu'au niveau des instructions pour indiquer comment chaque instruction génère et souffre des interférences. L'objectif étant alors de fournir suffisamment d'information à l'appliquant à la fois pour la certification, mais aussi pour définir une stratégie d'atténuation et de maîtrise des effets temporels.Ainsi, cette thèse fournit l'appliquant des outils pour comprendre les mécanismes de cohérence de cache présent sur une architecture donnée et pour exhiber les interférences associées.

Le but de cette thèse est de présenter des algorithmes basés vision pour permettre la navigation autonome de la sonde et la caractérisation d'un astéroïde inconnu avec une camera monoculaire pendant la phase d'approche.L'état de l'art de la navigation des sondes interplanétaires est basé sur un précis suivi radiométrique et des mesures optiques utilisés pour reconstruire la trajectoire relative par rapport à l'astéroïde. Dans le future proche le système de suivi radiométrique, le Deep Space Network (DSN), sera fortement surchargé puisque de plus en plus de missions sont conçues et seront opérées pour explorer le Système Solaire interne. La navigation autonome est une des solution envisagées afin de réduire la charge du DSN puisque ces algorithmes de navigation permettront à la sonde de se localiser pendant toutes les phases de la mission sans le support du sol.En outre, les caractéristiques des astéroïdes ne sont pas très bien connues avant l'arrivée car l'estimation avec observation à distance nécessite des hypothèses sur les propriétés du petit corps, comme l'albedo et la densité. Par conséquent il est nécessaire d'estimer pendant la mission les propriétés de l'astéroïde pour permettre une localisation précise et un retour scientifique maximale.La navigation autonome pourrait se mettre en place avec plusieurs senseurs mais les cameras sont normalement choisies car elles sont plus légères, plus compactes et nécessitent moins de puissance si comparées avec des autres senseurs, comme les LiDARs. Ce choix implique que les budgets de masse et de puissance du satellite ne sont pas fortement affectés pendant la phase de conception. Pour ces raisons, l'utilisation des cameras en combinaison avec des algorithmes de traitement d'image assure des bonnes performances de navigation avec des composants légers et rentables.Pendant l'approche à un petit corps la reconstruction de la forme et l'estimation de l'axe de rotation sont des étapes vitales. D'un côté, la forme permet d'avoir une première estimation du champ gravitationnel, avec l'hypothèse de densité constante. En plus, l'estimation de la forme permet d'utiliser les algorithme de navigation basée modèle. De l'autre côté, la connaissance de l'axe de rotation est centrale pour définir les repères de mission et pour estimer la localisation relative par rapport à l'astéroïde.La recherche poursuivie pendant ce doctorat a été divisée en trois sections:1. Premièrement, un algorithme d'estimation de forme basé silhouettes a été développé avec l'hypothèse de connaitre la localisation relative2. Deuxièmement, an algorithme pour reconstruire la forme de l'astéroïde et son axe de rotation a été conçu avec l'hypothèse de connaitre le facture d'échelle et d'avoir une estimation de la trajectoire inertielle3. Enfin, la quantification des incertitudes sur les harmoniques sphériques générées par une reconstruction de forme stochastique a été mise en place avec l'hypothèse d'avoir une densité constante et connue.