Les situations inconnues, i.e. jamais rencontrées ni anticipées, peuvent survenir lors de missions aérospatiales, comme dans le cas de la mission Apollo 13. Ainsi, l’équipage du premier vol habité vers Mars traitera probablement des situations inconnues (Orasanu, 2005) dans cet environnement potentiellement contraint, volatil et extrême tout en étant isolé de l’aide du centre de contrôle sol du fait des délais de communication. Or, un équipage ne peut pas être entrainé à traiter toutes les situations et a fortiori les situations inconnues (Noe, Dachner, Saxton et Keeton, 2011). Le présent travail de recherche est donc centré sur l’amélioration de la performance opérationnelle collective face à une situation inconnue en vol spatial habité vers Mars. La littérature étudiée (McLennan, Holgate, Omodei et Wearing, 2006 ; Noe et al., 2011) indique qu’une équipe partageant des expériences augmente sa compétence. En revanche, soit cette littérature est centrée sur une activité précise, soit elle ne discrimine pas les différents types d’expérience. De plus, la préparation d’une équipe pour réagir à une situation inconnue n’est pas abordée dans cette littérature. Potentiellement influencée par le partage d’expériences au niveau collectif, la métacognition est un levier reconnu d’augmentation de la performance en résolution de problèmes. La métacognition est définie comme la cognition sur la cognition (Flavell, 1979) et est modélisée en différentes étapes de raisonnement lors de résolutions de problèmes. Néanmoins, il n’est pas établi de lien entre d’une part le suivi de ces étapes ou leur mélange entre elles (i.e. la netteté métacognitive) et d’autre part l’amélioration de la performance opérationnelle collective en résolution de problème. Pour répondre à ces problématiques, un protocole spécifique (LETUCA) a été conduit durant vingt mois. Trois équipes stables ont été mises à l’épreuve de douze problèmes conçus pour ce travail ou adaptés de la littérature. La première a partagé un maximum d’expériences, la deuxième était constituée d’équipiers vivant les mêmes expériences, mais majoritairement séparément. La troisième n’a pas vécu d’expérience particulière. Ces trois équipes sont caractérisées selon les qualités des expériences vécues relativement à un entrainement fictif à l’inconnu. Ces qualités sont déterminées par des professionnels pouvant faire face collectivement à des situations inconnues. Les résultats obtenus soutiennent l’existence d’un lien entre le partage d’expériences diversifiées et de qualité et la performance opérationnelle collective en résolution de problèmes inconnus. L’étude de la métacognition permet de préciser ce lien : aucune relation n’est établie entre la performance et le suivi ou non du modèle de métacognition retenu. En revanche, un lien est confirmé entre les hautes valeurs de netteté métacognitive et l’augmentation de la performance opérationnelle. Finalement, l’ensemble des résultats permet de construire un modèle métacognitif collectif empirique en résolution de problème.

Les Processus Décisionnels de Markov Partiellement Observables (PDMPOs) permettent de modéliser facilement les problèmes probabilistes de décision séquentielle dans l'incertain. Lorsqu'il s'agit d'une mission robotique, les caractéristiques du robot et de son environnement nécessaires à la définition de la mission constituent le système. Son état n'est pas directement visible par l'agent (le robot). Résoudre un PDMPO revient donc à calculer une stratégie qui remplit la mission au mieux en moyenne, i.e. une fonction prescrivant les actions à exécuter selon l'information reçue par l'agent. Ce travail débute par la mise en évidence, dans le contexte robotique, de limites pratiques du modèle PDMPO: elles concernent l'ignorance de l'agent, l'imprécision du modèle d'observation ainsi que la complexité de résolution. Un homologue du modèle PDMPO appelé pi-PDMPO, simplifie la représentation de l'incertitude: il vient de la Théorie des Possibilités Qualitatives qui définit la plausibilité des événements de manière qualitative, permettant la modélisation de l'imprécision et de l'ignorance. Une fois les modèles PDMPO et pi-PDMPO présentés, une mise à jour du modèle possibiliste est proposée. Ensuite, l'étude des pi-PDMPOs factorisés permet de mettre en place un algorithme appelé PPUDD utilisant des Arbres de Décision Algébriques afin de résoudre plus facilement les problèmes structurés. Les stratégies calculées par PPUDD, testées par ailleurs lors de la compétition IPPC 2014, peuvent être plus efficaces que celles des algorithmes probabilistes dans un contexte d'imprécision ou de grande dimension. Cette thèse propose d'utiliser les possibilités qualitatives dans le but d'obtenir des améliorations en termes de temps de calcul et de modélisation.

Le givrage a été identifié comme un danger important dès le début de l'aéronautique. L'accrétion de givre sur les ailes d'avion, due à la présence de gouttelettes surfondues dans les nuages, cause parmi d'autres conséquences néfastes une dégradation des performances aérodynamiques pouvant conduire au décrochage. C'est pourquoi les avionneurs développent depuis longtemps des systèmes de protection. Comme les essais en vols ou en soufflerie sont souvent complexes à mettre en oeuvre et onéreux, la simulation numérique est devenue un outil efficace et complémentaire pour dimensionner ces systèmes. Cette thèse s'inscrit dans le contexte de la modélisation de l'accrétion de givre, du ruissellement et des systèmes de protection thermique. Elle s'articule en sept chapitres. Après avoir présenté les enjeux et contexte, on introduit une approche tricouche permettant de modéliser l'accrétion de givre et le ruissellement de manière instationnaire. Les trois chapitres suivants traitent des méthodes de discrétisation de ce modèle ainsi que de son couplage avec un modèle du système de protection thermique. Les deux derniers sont consacrés à la présentation des résultats de simulations numériques montrant l'intérêt de l'approche développée et la faisabilité de simulations complètes de phénomènes d'accrétion de givre sur une paroi chauffée ou non.

L’optimisation des chambres de combustion est généralement réalisée à l'aide d’outils de simulation numérique. Lorsque le carburant est injecté sous forme liquide, la qualité des simulations dépend en partie de la définition des conditions aux limites imposées pour cette phase à proximité de l'injecteur (diamètre, vitesse et flux volumique des gouttes, vitesse de glissement entre phases). Ces conditions aux limites sont généralement définies à partir d'une analyse expérimentale dans des conditions réalistes d’injection, qui fait appel, dans le meilleur des cas, à l’utilisation de l’Anémogranulomètre Phase Doppler (PDA). Cependant, cette technique ponctuelle est coûteuse en temps pour une caractérisation globale de l’injecteur et fournit une mesure des flux volumiques avec des limitations. Il est également difficile d’accéder à des grandeurs telles que la vitesse de la phase gazeuse en présence des gouttes. Pour répondre à cette problématique, il paraît judicieux de mettre en œuvre des techniques de diagnostic optique spatialement résolues. Cette étude consiste à développer des techniques optiques de champ couplant des approches basées sur la diffusion de Mie, sur l'émission fluorescente des gouttes ou de traceurs et utilisant des algorithmes de type PIV, pour caractériser de manière simultanée et quantitative la granulométrie, la vitesse et le flux volumique de la phase dispersée, ainsi que la vitesse de la phase continue dans les brouillards de gouttes au sein d’une configuration réaliste de foyer aéronautique. Une attention particulière est portée à l'étude de la précision de la mesure. Ainsi, des comparaisons sont effectuées avec des bases de données complètes obtenues à l’aide du PDA. L'analyse de ces résultats est confrontée aux modèles de l'optique physique régissant les phénomènes de fluorescence et de diffusion de la lumière par des particules à l’aide de simulations. Cette démarche nous permet d'interpréter efficacement les résultats obtenus par imagerie directe et de définir les paramètres d'acquisition et de traitement assurant une précision optimale des mesures.

Cette thèse vise à montrer rapport d'un lidar multispectral, en particulier en ajoutant des longueurs d'onde dans le proche infrarouge proche, pour la caractérisation des aérosols. En effet par rapport à un lidar mono-longueur d'onde, l'information contenue dans les profils multispectraux permet de remonter aux propriétés microphysiques des aérosols (distribution en aille et composition). Pour cela un simulateur de signaux lidar multispectraux a été adapté à notre étude afin de pouvoir évelopper et tester deux méthodes permettant de retrouver les propriétés microphysiques des aérosols le long de la ligne e visée à partir de signaux lidar synthétiques. La première méthode, basée sur l'inversion des signaux lidar, permet de retrouver la répartition en taille des aérosols et donc d'en déduire notamment leur concentration et leur rayon modal. Cette méthode nécessite des informations a priori sur les aérosols. Un bilan d'erreur a été réalisé en introduisant des incertitudes sur ces paramètres a priori et montre que les résultats obtenus sur la concentration et le rayon modal sont précis (respectivement 16% et 17% d'erreur). Cette méthode présente l'avantage de ne pas nécessiter d'étalonnage absolu de l'instrument. La deuxième méthode est basée sur la minimisation de l'écart entre des signaux simulés et les signaux que l'on étudie. Même si la précision obtenue sur la répartition en taille retrouvée est plus faible (35% et 40 % d'erreur sur la concentration t le rayon modal) et que la constante d'étalonnage de l'instrument doit être connue, cette méthode a l'avantage de retrouver la composition des aérosols dans 74 % des cas.

Dans le cadre de la combustion des moteurs aéronautiques, des injecteurs de type airblast sont utilisés. Un fort écoulement d’air va perturber le carburant qui est ainsi pulvérisé en fines gouttes dans la chambre de combustion. La modélisation de ce phénomène nécessite une compréhension plus approfondie des mécanismes intervenant lors de l’interaction des deux fluides et en particulier l’influence des conditions limites. Le travail réalisé au cours de cette thèse s’inscrit dans cette problématique en étudiant expérimentalement l’influence des épaisseurs des écoulements, de la configuration de l’écoulement d’air ainsi que celle de l’ajout et de la taille d’une zone de pré-film. La mise au point ou le perfectionnement de techniques de mesures ont ainsi été nécessaires afin de caractériser le processus d’atomisation. Des mesures de fréquence d’oscillation, de longueur de rupture, d’épaisseur liquide et de tailles de gouttes ont été réalisées permettant de mettre en évidence l’influence des différents paramètres précédemment cités. Des corrélations ont ensuite été proposées afin de prévoir l’évolution du processus en fonction des conditions limites du système d’injection.

Nous examinons la possibilité de déployer un service Lower-than-Best-Effort (LBE)sur des liens à long délaitels que des liens satellites. L'objectif est de fournir une deuxième classe de priorité dédiée à un trafic en tâche de fondou untrafic de signalisation. Dans le contexte des liens à long délai, un service LBE peutaider à optimiser l'utilisation de la capacité du lien. En outre, un service de LBE peut permettre un accès àInternet à faible coût ou même gratuit dans les collectivités éloignées via la communication par satellite. Il existe deux niveaux de déploiement possible d'une approche de LBE: soit à la couche MAC ou soità la couche de transport. Dans cette thèse, nous nous intéressons à une approche de bout-en-bout et donc nous nous concentronsspécifiquement sur les solutions de la couche transport. Nous proposons tout d'abord d'étudier LEDBAT (Low Extra Delay Background Transport)en raison de son potentiel. En effet, LEDBAT a été normalisé par l'IETF et est largement déployé dans le client BitTorrent officiel. Malheureusement, le réglagedes paramètres de LEDBAT dépendfortement des conditions duréseau. Dans le pire des cas, les flux LEDBAT peuvent prendre toute la bande passante d'autre trafic tels que le trafic commercial sur le liensatellite. LEDBAT souffre également d'un problème intra-inéquité, appelé latecomer advantage. Toutes ces raisons empêchent souvent les opérateurs depermettre l'utilisation de ce protocole sur lelien sans fil et à long délaipuisqu'une mauvaise configuration peut surcharger la capacité du lien. Pour répondre à l'ensemble de ces problèmes, nous proposonsFLOWER, un nouveau protocole de transport, qui se positionne comme alternative à LEDBAT. En utilisant un contrôleur de logique flouepour régulerle débit des données, FLOWERvise à résoudre les problèmes de LEDBAT tout en remplissant le rôle d'un protocole de LBE. Dans cette thèse, nousmontronsque FLOWERpeut transporter le trafic deLBE non seulement dans le contexte à long délai, mais dans plusieursconditions duréseau où LEDBAT se trouve en échec.

Les méthodes de synthèse et de validation de lois de pilotage utilisées dans le milieu industriel aéronautique sont bien souvent longues et coûteuses à mettre en œuvre. Pourtant, des alternatives pour traiter les larges domaine d’évolution existent, comme l’inversion dynamique robuste. Ce travail de thèse cherche à en corriger les défauts, notamment grâce à une meilleure prise en compte des incertitudes du système et à une réjection des non-linéarités non compensées. Ceci est rendu possible grâce aux techniques de synthèse H¥ structurée multi-modèles, qui peuvent considérer plusieurs configurations pire-cas déterminées par des outils d’analyse de robustesse. Une autre contribution est d’ailleurs l’amélioration des techniques permettant d’évaluer la marge de robustesse d’un système LTI, souvent trop conservatives ou nécessitant un temps de calcul prohibitif. Les méthodes proposées sont appliquées au pilotage automatique d’un avion civil et d’un drone à voilure fixe, dont la modélisation est également traitée avec précision.

L'analyse des accidents aériens fait ressortir ces dernières années le rôle crucial des opérateurs humains, et leurs erreurs qui peuvent avoir des conséquences dramatiques. Un cas particulier d’erreur humaine reste cependant peu abordé : la surdité inattentionnelle, c’est-à-dire l’incapacité temporaire à entendre, à prendre conscience d’une information auditive. Dans le domaine de l’aéronautique, cette défaillance cognitive est évidement critique, car elle signifie l’omission d’alarmes auditives. Le premier enjeu de ce projet de recherche est de définir des métriques comportementales et physiologiques caractéristiques de la surdité inattentionnelle. Pour cela, nous nous sommes intéressés en particulier à deux postes de travail fondamentaux de la sécurité aérienne et soumis à des alarmes auditives : le pilotage et le contrôle aérien. Nous avons cherché à mettre en évidence les conditions contextuelles favorisant l’apparition de la surdité inattentionnelle, notamment la charge de travail des opérateurs. Un second enjeu était d’identifier des pistes d’adaptation des interfaces avec les pilotes et les contrôleurs aériens, permettant de prévenir ou limiter la surdité inattentionnelle à ces postes spécifiques. Pour répondre à cette problématique, 3 expériences ont été menées. La première a étudié l’impact de la charge de travail sur le traitement des alarmes auditives lors d’une tâche d’atterrissage. Elle a permis de déterminer que la P300 était un indicateur de la surdité. La seconde expérimentation a porté sur l’impact du design des alarmes visuelles sur les capacités de traitement cognitif des alarmes auditives, dans le cadre du contrôle aérien. Les résultats nous ont montré une restauration de la P3b auditive avec le design visuel amélioré. Enfin la dernière expérience a testé la pertinence de mesures oculaires pour détecter les contextes favorisant la surdité inattentionnelle. Ces résultats ouvrent des pistes prometteuses de prévention et de détection de la surdité inattentionnelle aux postes critiques de la sécurité aérienne.

Cette étude s'inscrit dans l'effort de réduction des nuisances sonores des avions au décollage. Une des principales composantes est le bruit de jet, dont la partie à basse fréquence peut notamment être imputée au rayonnement acoustique directif des structures cohérentes de grande échelle engendrées par les instabilités dans la couche de mélange du jet. L'évolution de ces ondes d'instabilité peut être décrite au moyen des équations de Stabilité Parabolisées (PSE). Un premier objectif a été de déterminer si dans le cas d'un jet turbulent naturel, les interactions non linéaires entre les ondes d'instabilité ont un impact significatif sur sa dynamique et sur son rayonnement acoustique. À cet effet, une modélisation PSE non linéaire a été développée et appliquée à une configuration réaliste. La possibilité de manipuler ces ondes d'instabilité par non linéarité a ensuite été étudiée en vue d'une réduction du rayonnement acoustique. Pour cela, une analyse PSE a été menée pour déterminer l'effet sur le bruit de jet de l'excitation d'un ou plusieurs modes instables. Ces travaux de thèse ont permis de montrer, d'une part, que les non linéarités semblent avoir un impact mineur sur la dynamique des ondes d'instabilité dans le cas des jets turbulents naturels, et d'autre part, qu'il est possible de réduire le rayonnement acoustique des modes dominants par interactions non linéaires.