L’objectif de cette thèse a été d’étudier l’évaporation d’un brouillard multi composant à l’aide d’approches expérimentale et numérique. Deux axes de recherche ont été privilégiés. Une base de données expérimentales a tout d’abord été créée en utilisant différentes techniques optiques de mesure. Une attention particulière a été accordée à la technique Arc-en-Ciel Global (ACG), utilisée pour la mesure de la température des gouttes. Ensuite des simulations numériques ont été réalisées pour des brouillards mono et bi-composant en évaporation. Dans la première phase de cette recherche, les investigations expérimentales et numériques ont été conduites pour un brouillard polydisperse, non-confiné et en refroidissement. Cette configuration offre l’avantage de pouvoir étudier l’évaporation sous une faible influence de la phase gazeuse. Pour un liquide bicomposant, l’effet de la variation de concentration sur les mesures ACG a été analysé à l’aide d’un couplage entre la technique expérimentale et la simulation numérique. Après avoir validé les modèles d’évaporation sur le brouillard non-confiné, une configuration plus complexe se rapprochant des conditions réelles d’une chambre de combustion a été étudiée (montage IMFT). En ce qui concerne la simulation numérique, la phase gazeuse a été caractérisée en utilisant une approche de type LES. La phase dispersée constituée des gouttes mono-composant est prise en compte dans le calcul. La nature très instationnaire de l’écoulement diphasique a été mise en évidence. La comparaison entre l’expérience et la simulation numérique a permis d’évaluer l’intérêt de la technique ACG pour la mesure de la température des gouttes.

Dans le cadre de missions réalisées conjointement par un agent artificiel (robot, drone) et un agent humain, nous présentons un contrôleur de la dynamique de l'autorité, fondé sur un graphe de dépendances entre ressources génériques contrôlables par les deux agents, dont l'objectif est d'adapter le comportement de l'agent artificiel ou de l'agent humain en cas de conflit d'autorité sur ces ressources. Nous définissons l'autorité relative de deux agents par rapport au contrôle d'une ressource, ainsi que la notion de conflit d'autorité sur une ressource. La détection d'un conflit déclenche une révision du plan de l'agent artificiel, fondée sur l'état courant des ressources et des relations d'autorité. Le contrôleur de la dynamique de l'autorité est mis en oeuvre par l'outil MNMS (Multiple (Petri) Nets Management System), développé au cours de la thèse, qui permet la manipulation des ressources génériques, dépendances entre ressources et relations d'autorité, ainsi que l'intégration au sein d'une architecture robotique.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet de recherche fédérateur COCOMAT (COuplage de COdes de calcul en Mécanique et Aéro-Thermique) mis en place au sein de l'ONERA. L'objectif est de construire une base de données expérimentale dédiée à la validation de méthodes de couplage de codes numériques en aérothermique instationnaire. La configuration considérée est le refroidissement par convection forcée turbulente d’une plaque plane dont la température en face arrière est imposée de manière constante et uniforme. L’instationnarité du problème réside dans l’écoulement de l’air qui est accéléré entre deux valeurs paliers. Les mesures concernent la couche limite dynamique de l’écoulement ainsi que la température en face avant de la plaque chauffée. Cette base de données est ensuite exploitée pour établir une confrontation avec des résultats numériques issus du couplage des codes CHARME et ACACIA de la plateforme de calcul CEDRE.

Ce mémoire présente les avantages de combiner des techniques établies dans le domaine de l'ingénierie de contrôle avec des éléments de l'intelligence calculatoire, en fournissant un certain niveau d'automatisation et la possibilité d'explorer des propositions innovantes pour une meilleure conformité avec les spécifications. L'adoption de cette philosophie est justifiée par la complexité de certains systèmes, où des multiples exigences contradictoires doivent être remplies à chaque point de fonctionnement. L'automaticien se rendra compte parfois que certains choix doivent être faits au détriment d'autres solutions qui pourraient également être explorées. Dans ce contexte, un mécanisme basé sur l'intelligence calculatoire peut accélérer le développement du projet et révéler de nouvelles possibilités. L'apport de ce mécanisme est évalué sur deux études de cas, toutes deux basées sur un modèle variant dans le temps d'un véhicule de lancement, où le séquencement de gain est appliqué aux techniques quadratique linéaire et H-infinie. Dans le cas linéaire quadratique, à part le lissage des gains du régulateur, on obtient l'optimisation du système de contrôle pour toute la trajectoire du véhicule, un fait qui est validé par des simulations hardware-in-the-loop. Dans le cas H- infini, on ajoute la duplication fonctionnelle du compensateur, permettant de l'utiliser également en tant qu'observateur; l'intelligence calculatoire peut être utilisée pour définir la choix de la dynamique d'estimation dans des situations où le nombre des combinaisons (pôles en boucle fermée) est très élevé, afin de fournir les meilleures estimés.

Pour certifier un système aéronautique, des études de Sûreté de Fonctionnement (SdF) visent à démontrer qu’il répond à des exigences de sécurité de haut niveau. La complexité des systèmes étudiés ayant évolué, les exigences à démontrer devenant toujours plus nombreuses, les analyses actuelles (e.g. arbre de défaillance) peuvent aujourd’hui présenter des limites d’utilisation. Pour aller à l’encontre de ces limites, l’Ingénierie Dirigée par les Modèles s’est développée et s’intéresse aux études de SdF. L’objectif est alors de 1) modéliser dans un langage adapté (le langage AltaRica a ici été utilisé) les comportements fonctionnels et dysfonctionnels d’un système et de ses composants en présence de défaillances, 2) s’assurer que le modèle est une abstraction valide du système réel et 3) vérifier la tenue des exigences du système par le modèle. Les travaux effectués dans cette thèse se sont intéressés aux deux premiers points. Une méthodologie a été proposée pour spécifier l’abstraction du comportement de composants de systèmes multi physiques. Des bibliothèques AltaRica ont été réalisées pour modéliser des sous-systèmes d’un turbomoteur d’hélicoptère. Les résultats obtenus via le modèle ont été comparés avec ceux des analyses existantes de SdF. Pour les projets futurs où celles-ci ne seraient plus disponibles, un processus de validation a été proposé pour caractériser le degré de revue atteint lors de la simulation d'un jeu de tests sur le modèle. Inspiré du « génie logiciel », ce processus s’étend sur trois niveaux de validation (unitaire ; intégration des composants ; modèle complet) et propose des critères de couvertures applicables et mesurables sur un modèle AltaRica.

La fatigue des matériaux et des structures est un phénomène dans lequel la surface joue un rôle important; notamment, l’état de surface représente l’un des principaux facteurs d’influence sur l’amorçage des microfissures. Par ailleurs, ces éléments de structure sont soumis à des agressions environnementales, et il convient de les protéger, en particulier contre la corrosion. Pour les éléments de structure aéronautiques en alliage d’aluminium, on a recours le plus souvent à un traitement d’oxydation anodique. Mais parallèlement, la tenue en fatigue de ces structures ainsi protégées s’en trouve diminuée. L’une des raisons à cela est liée à la dégradation de l’état de surface lors de l’anodisation. Dans ce travail, nous avons étudié l’influence de la rugosité et de traitement d’anodisation sur la tenue en fatigue pour des alliages d’aluminium 2214 et 7050. Nous mettons en évidence la nocivité de la phase d’anodisation-colmatage dans le cas du 2214 et la phase de décapage dans le cas du 7050. Pour prédire la durée de vie des pièces en alliage d’aluminium 7050 anodisés, nous avons développé un modèle analytique simple basé sur l’effet de concentration de contrainte au droit des cavités. Il utilise les mesures topographiques des surfaces. Ce modèle intègre des lois de propagation en régime de fissures courtes et longues, la prise en compte de la présence de multiples sites d’amorçage, les phénomènes de coalescence entre fissures voisines et la présence de la couche d’oxyde.

La pulvérisation de liquide représente un processus utilisé dans de nombreuses applications industrielles et en particulier dans le domaine des moteurs aéronautiques. Les injecteurs aérodynamiques des turboréacteurs actuels utilisent le cisaillement d’air pour atomiser le carburant liquide. Cependant, dans certaines conditions telles que l'allumage en haute altitude, la vitesse de l’air, la pression et la température sont trop faibles pour permettre une bonne pulvérisation. L’objectif de cette recherche est de valider un nouveau concept d’injecteur couplant les effets de cisaillement aérodynamique avec l’atomisation ultrasonique. Des actionneurs piézoélectriques génèrent l’oscillation d’une paroi en contact avec le film liquide. Cette excitation perpendiculaire à l’interface liquide/air crée des instabilités de Faraday à la surface du film. Des amplitudes d’excitation supérieures à un seuil donné, provoquent la rupture de ligaments et la formation des gouttelettes. Ce second mode d’atomisation sera utilisé en complément pour les régimes de fonctionnement où l’atomisation par cisaillement ne parvient pas à assurer une formation d’un brouillard de qualité. Deux injecteurs aérodynamiques ultrasoniques (2D plan et axisymétrique) ont été mis en place pour étudier l’influence des différents paramètres (conditions d’excitation, propriétés physiques du liquide, épaisseur du film liquide et la vitesse débitante) sur les caractéristiques du brouillard formé par une excitation ultrasonique. Enfin, une étude de la combinaison des deux modes de pulvérisation du film liquide a été effectuée.

L'utilisation des capteurs d'images CCD et CMOS dans le domaine spatial requiert des performances électro-optiques élevées, mais aussi une capacité à pouvoir les prédire en amont de leurs conceptions. La Fonction de Transfert de Modulation (FTM) et l'efficacité de collection ou Rendement Quantique lnterne (IQE) sont deux critères de qualité qui permettent de quantifier leurs performances en termes de sensibilité et de qualité d'images respectivement. Le but de cette thèse est de proposer un modèle de FTM et d'lQE permettant la prédiction des performances des capteurs. Pour cela un premier travail a consisté à réaliser une analyse des modèles existants et leur domaine de validité. Les études menées sur la FTM et l'lQE ont montré l'importance de pouvoir modéliser la Fonction de Réponse du Pixel (PRF). Celle-ci contient à la fois les informations de crosstalk (CTK), de FTM et d‘lQE. Un nouveau modèle d'analyse de la collection de charges sous éclairement ponctuel a été proposé permettant de dériver des formulations analytiques de FTM, d'lQE et de CTK. Les résultats des modèles de FTM et d‘lQE ont été comparés avec des résultats expérimentaux et montrent une bonne corrélation avec les mesures notamment aux longueurs d'ondes du proche lnfrarouge. Afin de comparer le modèle de CTK avec des résultats expérimentaux, des structures de test et un banc de mesure de CTK ont été conçus. Le modèle de CTK a été comparé avec des simulations et avec des mesures et sont en bonne corrélation. Cette thèse apporte un nouvel élément dans l'élaboration d'un modèle de prédiction de la FTM et du QE des capteurs d'images qui permettra de dégager des voies d‘amélioration de ces paramètres.

Dans le contexte actuel, il est plus que jamais nécessaire de disposer d'outils de simulation permettant d'évaluer rapidement la dose reçue par des opérateurs travaillant sur des sites irradiés. Afin d'étudier facilement de nombreux scénarios d'intervention, il nous faut diminuer les temps de calcul des simulateurs actuels, ce qui passe principalement par une accélération des calculs géométriques associés au calcul de dose. Ces calculs consistent à identifier et trier l'ensemble des intersections entre plusieurs groupes de rayons "radiatifs", convergeant tous au point de mesure de la dose, et une scène 3D volumineuse. Afin d'effectuer l'ensemble de ces calculs en une fraction de seconde, nous proposons d'abord un algorithme GPU complet permettant le traitement efficace d'un paquet de rayons cohérents. Ensuite, nous présentons une modification de cet algorithme garantissant la robustesse des tests d'intersection rayon-triangle et l'absence de problèmes de précision dus aux calculs en arithmétique flottante, sans utilisation de coefficients dépendants de la scène et sans perte de performance notable (moins de 10% de dégradation). Enfin, nous proposons une stratégie efficace de traitement de multiples paquets (nécessaire lors de l'étude de multiples sources de radiations) exploitant ces premiers résultats. Ces méthodes nous permettent d'obtenir un calcul de dose interactif et robuste sur des scènes de taille importante (une scène de plus de 700 000 triangles, et 12 paquets de 100 000 rayons chacun, générant plus de treize millions d'intersections, stockées, triées le long de chaque rayon et transférées vers le CPU en 470 millisecondes).

L’objectif du travail présenté est d’intégrer, à partir du modèle proposé par F. Menter, un modèle pour la transition laminaire-turbulent en approche RANS dans le code elsA de l’ONERA. Ce modèle a été étendu aux écoulements compressibles, sur parois mobiles ou encore sujets aux instabilités transversales (crossflow en anglo-saxon). Une étude paramétrique avec le code de couche limite 3C3D sur plusieurs cas de référence représentatifs d’écoulements aussi bien externes qu’internes, a été réalisée pour calibrer la prévision de la transition longitudinale. Le modèle ainsi fermé a été soumis à plusieurs cas tests d’écoulements externes afin d’en évaluer la robustesse et la précision. La démarche utilisée précédemment pour la transition longitudinale a été reprise pour prendre en compte la transition par modes d’instabilité transversale avec ce modèle. Dans un premier temps, la recherche d’un paramètre représentatif du crossflow et de son critère associé à partir de grandeurs locales a été effectuée en vue d’obtenir une modélisation de ce type de transition compatible avec les contraintes du modèle. Puis, cette modélisation a été intégrée dans le code 3C3D pour en effectuer la calibration sur des cas de cylindres d’envergure infinie placés en flèche.