Cette étude s’inscrit dans le domaine de la description de la dynamique des ceintures de radiation terrestres. Elle consiste à modéliser le phénomène de diffusion radiale en travaillant avec une résolution spatio-temporelle plus fine que celle utilisée pour décrire la dynamique des ceintures par le biais d’une équation de diffusion. La démarche s’est organisée en trois temps. Tout d’abord, l’objectif a été d’étudier le phénomène de diffusion radiale d’un point de vue théorique afin de mettre en lumière les principaux pilotes du processus et d’expliciter une formulation des coefficients de diffusion radiale. Une fois l’expression de ces coefficients établie, l’objectif a ensuite été de les quantifier. Pour cela, nous avons développé des protocoles analytiques et numériques puis des protocoles expérimentaux. Nous avons discuté les résultats obtenus ainsi que les atouts et les limites de ces protocoles. Cette étude met en évidence le rôle central de l’asymétrie des variations du champ électromagnétique et des champs électriques induits dans le processus de diffusion radiale. Elle propose des pistes pour la quantification numérique et expérimentale de ces deux pilotes. Elle apporte également un regard critique sur les travaux de la littérature. Elle ouvre la voie pour une nouvelle quantification des coefficients de diffusion basée sur une modélisation adéquate de la dynamique de l’environnement électromagnétique

L'objectif de cette étude est de résoudre les qualités de vol d'une aile volante long courrier, au stade de la conception avion. Le concept d'aile volante promet un gain important en terme de performances et de niveau de finesse par rapport aux configurations classiques. Ce gain est obtenu par l'intégration des quatre fonctions principales de l'avion (portance, contrôle, propulsion, transport) dans un seul corps. Ces choix de configuration entraînent des challenges à relever, dont l'obtention de qualités de vol respectant la certification. La configuration initiale étudiée présente de fortes instabilités longitudinales et latérales, une faible autorité en roulis, et des difficultés à effectuer la manœuvre de rotation au décollage. Dans cette étude sont proposées des solutions, combinant des surfaces de contrôle innovantes et des degrés de libertés originaux, qui tirent profit des avantages de la configuration. Les qualités de vols sont résolues dans un processus de résolution avec aussi peu de boucles que possible, et l'impact sur les performances est minimisé. En sortie de ce processus se trouve l'architecture de surface de contrôle optimisée, qui minimise l'impact des qualités de vol sur le coût de la mission.

Le travail présenté concerne l'étude des instabilités thermo-acoustiques apparaissant dans une chambre de combustion aéronautique. Le montage expérimental permet de faire varier continument les fréquences de résonances et de passer pour une même condition d'écoulement, d'un régime de combustion stable à un régime instable. La caractérisation complète d'un cas instable comprend une mesure des conditions acoustiques aux limites du banc, une analyse du comportement des phases liquide et évaporée, de celui du dégagement de chaleur instationnaire et une mesure de la fonction de transfert de la flamme. Ces travaux ont mis en évidence trois phénomènes jouant sur l’injection cyclique de carburant liquide. Les temps caractéristiques des différents phénomènes intervenant dans le couplage thermo acoustique et une distribution spatiale de l'indice de Rayleigh sont présentés.

La vérification de logiciels est une activité dont l'importance est cruciale pour les logiciels embarqués critiques. Les différentes approches envisageables peuvent être classées en quatre catégories : les méthodes d'analyse statique non formelles, les méthodes d'analyse statique formelles, les méthodes d'analyse dynamique non formelles et les méthodes d'analyse dynamique formelles. L'objectif de cette thèse est de vérifier des propriétés temporelles dans un cadre industriel, par analyse dynamique formelle. La contribution comporte trois parties. Un langage adapté à l'expression des propriétés à vérifier, tirées du contexte industriel d'Airbus, a été dé ni. Il repose notamment sur la logique temporelle linéaire mais également sur un langage d'expressions régulières. La vérification d'une propriété temporelle s'effectue sur une trace d'exécution d'un logiciel, générée à partir d'un cas de test pré-existant. L'analyse statique est utilisée pour générer la trace en fonction des informations nécessaires à la vérification de la propriété temporelle formalisée. Cette approche de vérification propose une solution pragmatique au problème posé par le caractère ni des traces considérées. Des adaptations et des optimisations ont également été mises en œuvre pour améliorer l'efficacité de l'approche et faciliter son utilisation dans un contexte industriel. Deux prototypes ont été implémentés, des expérimentations ont été menées sur différents logiciels d'Airbus.

Les structures composites sont de plus en plus présentes dans le domaine aéronautique. Pour certaines pièces de forme complexe, les composites à renforts tissés s'avèrent être plus adaptés, car ces derniers offrent une meilleure drapabilité. Lors de la construction des aéronefs, les structures sont généralement assemblées par des fixations mécaniques. L'étude des assemblages boulonnés est donc une étape essentielle dans le dimensionnement des structures aéronautiques. Dans ce travail de thèse effectué au sein de l'ICA en collaboration avec l'industriel Aircelle, une étude du comportement des assemblages boulonnés composites à renforts tissés (carbone-époxy G803/914 satin 5) a été menée. L'objectif a été d'aider à la compréhension des mécanismes d'endommagement et des mécanismes de ruptures des assemblages. Une campagne expérimentale visant à identifier le comportement mécanique (du pli et des interfaces) du matériau de l'étude a été réalisée. Trois lois génériques de comportement endommageable du matériau à l'échelle du pli et une loi d'interface ont été identifiées à partir de ces essais afin d'alimenter les modèles d'assemblages. La thèse décrit la cinétique d'endommagement par matage, analysée à partir d'une série d'essais sur des éprouvettes de complexité croissante. Des éprouvettes destinées à réaliser un matage pur ont permis de mettre en évidence la cinétique d'endommagement du composite tissé (cinétique uniquement étudiée sur les UD dans la littérature) pour différentes stratifications. Une modélisation EF non-linéaire implicite à l'échelle du pli (échelle méso) et à l'échelle de la mèche (méso-micro) a été développée dans le but simuler les mécanismes endommagement par matage observés. Le travail effectué sur des assemblages boulonnés en "double-cisaillement" et "simple-cisaillement" a mis en évidence l'influence de paramètres géométriques et technologiques sur le mode de rupture au niveau d'une fixation. Plusieurs modèles numériques associés (basés sur les lois identifiées) ont été réalisés afin de tester leur capacité à reproduire les essais, les résultats sont analysés et discutés. De bons résultats ont été obtenus et des pistes d'améliorations expérimentales et numériques sont proposées.

Le principe du “Voir et Eviter” est un principe essentiel pour la sécurité de l'espace aérien et nécessaire pour l'insertion des drones dans la Circulation Aérienne Générale (CAG). Les solutions actuelles ne permettent pas toujours d'appliquer le principe du "Voir et Eviter" et n'assurent pas, par leurs actions d'évitements, une cohabitation sans risques des drones et des avions pilotés dans la CAG. Ces mêmes solutions ne permettent pas, avec un seul capteur passif, la détermination, à tout moment, du temps restant avant collision. Ce temps est essentiel pour qualifier la dangerosité de la situation de collision et adapter, en conséquence de cette dangerosité, le comportement d'évitement. Aussi, pouvoir faire appliquer à une machine le principe du "Voir et Eviter" tout en permettant une cohabitation sans risques implique un paradigme de conception basé sur la modélisation de l'être humain expert de l'espace aérien, le pilote. Un tel paradigme s'applique d'ailleurs à toute problématique nécessitant une cohabitation homme machine sans risque. Aussi, l'objectif de cette thèse est la modélisation des comportements d'un pilote expert en situation de collision en vol. Cette modélisation permet de poser les premières bases technologiques pour l'élaboration d'un nouveau système “Voir et Eviter” répondant au problème d'intégration des machines dans la CAG. La modélisation proposée, résultat d'une démarche intégrative, s'appuie sur une description des processus cognitifs et des processus de traitement de l'information ainsi que sur l'organisation des unités ou systèmes qui encapsulent ces traitements. L'ensemble des ces systèmes et processus permet la résolution de problèmes et amène au comportement observable qui est la solution du ou des problèmes posés par ou au travers de l'environnement. Cela a permis, notamment, la construction d'un modèle générique du processus cognitif et sensoriel d'identification par catégorisation et/ou classification d'objets. Cette modélisation s'appuie mathématiquement sur les théories de régression non linéaire et sur l'utilisation des méthodes numériques pour la résolution de problèmes d'optimisation. Le nouveau système "Voir et Eviter" issu de cette modélisation, construit à partir d'un simple capteur optique passif, émule, par des algorithmes simples, les processus de détection, de reconnaissance et de sélection d'une action amenant au comportement d'évitement dans une situation de collision face à face avec un mobile protagoniste. Grâce au modèle générique de catégorisation et/ou de classification, le principal résultat technologique de cette thèse, qui est aussi la principale qualité de ce nouveau système "Voir et Eviter" proposé, est sa capacité à déterminer, à tout moment, le temps restant avant la collision, avec un seul capteur passif. De plus, par sa conception (bio et psycho mimétique), ce nouveau système pourrait bien poser les premières bases d'une démarche de certification type Equivalent Level Of Safety (ELOS). Celle-ci permettrait alors une validation sécuritaire d'un système "Voir et Eviter" par comparaison avec les pilotes de la CAG qui sont, par ailleurs, les véritables éléments de sécurité de dernier recours de l'espace aérien actuel.

Cette thèse présente Lion, un système de navigation utilisant des informations visuelles et inertielles pour l’atterrissage planétaire de précision. Lion est conçu pour voler au-dessus de n’importe quel type de terrain, plat ou accidenté, et ne fait pas d’hypothèse sur sa topographie. Faire un atterrir un véhicule d’exploration planétaire autonome à moins de 100 mètres d’un objectif cartographié est un défi pour la navigation. Les approches basées vision tentent d’apparrier des détails 2D détectés dans une image avec des amers 3D cartographiés pour atteindre la précision requise. Lion utilise de façon serrée des mesures venant d’un nouvel algorithme d’appariement image-carte afin de mettre à jour l’état d’un filtre de Kalman étendu intégrant des données inertielles. Le traitement d’image utilise les prédictions d’état et de covariance du filtre dans le but de déterminer les régions et échelles d’extraction dans l’image où trouver des amers non-ambigus. Le traitement local par amer de l’échelle image permet d’améliorer de façon significative la répétabilité de leur détection entre l’image de descente et l’image orbitale de référence. Nous avons également conçu un banc d’essai matériel appelé Visilab pour évaluer Lion dans des conditions représentatives d’une mission lunaire. L’observabilité des performances de navigation absolue dans Visilab est évaluée à l’aide d’un nouveau modèle d’erreur. Enfin, les performances du systèmes sont évaluées aux altitudes clés de la descente, en terme de précision de navigation et robustesse au changement de capteurs ou d’illumination, inclinaison de la caméra de descente, et sur différents types de relief. Lion converge jusqu’à une erreur de 4 mètres de moyenne et 47 mètres de dispersion 3 RMS à 3 kilomètres d’altitude à l’échelle.

Un grand nombre d'écoulements naturels et industriels mettent en jeu des particules (sédimentation, lit fluidisé, sprays...). Les écoulements chargés en particules sont bien décrits numériquement sous l'hypothèse des particules plus petites que toutes les échelles de l'écoulement. Cette thèse consiste à simuler numériquement une turbulence homogène et isotrope soutenue chargée en particules dont la taille est supérieure à l'échelle de Kolmogorov. Pour se faire une méthode de simulation a été développée au sein du code Thétis puis validée. L'originalité de cette méthode consiste en l'utilisation d'une approche de pénalisation associée à la viscosité dans la zone solide. Les particules sont transportées de façon lagrangienne. Les principaux résultats concernent trois simulations faisant varier le rapport de densité entre le fluide et le solide. Chaque simulation simule le mouvement de 512 particules avec un diamètre 22 fois plus grand que l'échelle spatiale de Kolmogorov remplissant ainsi 3% du volume total. La dispersion des particules est étudiée et montre des comportements comparables à ceux observés pour des particules ponctuelles. Un intérêt particulier est porté sur le régime collisionnel. On observe que la corrélation des vitesses avec le fluide environnant réduit le nombre de chocs frontaux par rapport au cas théorique de particules d'un gaz dense. L'effet de la prise en compte du fluide visqueux entre les particules (couche de lubrification) lors de la collision a été étudiée. L'écoulement moyen à l'échelle des particules est aussi analysé, mettant en évidence l'existence d'une couche de dissipation autour des particules.

Dans ce mémoire, nous présentons une stratégie basée sur une approche hybride dans le domaine temporel, couplant une méthode de résolution des équations de Maxwell dans le domaine 3D (FDTD) avec une méthode de résolution des équations de ligne de transmission, afin de pouvoir simuler des problèmes électromagnétiques de grande échelle. Le mémoire donne les éléments d’hybridation pour deux cadres d’utilisation de cette approche : une approche multi-domaine et une approche multi-résolution ou d’échelle. L’approche multi-domaine est une extension de la méthode FDTD 3D à plusieurs sousdomaines reliés par des structures filaires sur lesquelles on résout une équation de lignes de transmission par un formalisme FDTD 1D. La difficulté est d’abord d’avoir une définition implicite du champ électromagnétique dans la théorie des lignes de transmission, et d’autre part de prendre en compte les effets du sol sur les courants induits au niveau des lignes et sur les champs électromagnétiques. L’approche multi-résolution ou d’échelle est conçue pour étendre les capacités de la méthode FDTD au traitement du routage de câbles complexes ayant une section plus petite que la taille de la cellule. Ce mémoire présente différentes techniques pour évaluer les paramètres de la ligne, basées sur la résolution d’un problème de Laplace 2D, ainsi qu’une méthode de couplage champs/câbles basée sur le courant de mode commun. L’ensemble de ce travail nous a permis de proposer une méthode numérique efficace pour calculer les effets électromagnétiques induits par une source (type onde plane ou dipolaire) sur des sites de grande dimension, composés de plusieurs bâtiments reliés entre eux par un réseau de câbles. Dans ce cadre une application à la foudre a été réalisée.

Les pales d’hélicoptère sont des structures composites soumises à un chargement cyclique multiaxial, et leur criticité impose de porter une attention particulière à la tolérance aux dommages. Leur revêtement peut potentiellement présenter des criques suite à certains évènements (impact, défaut, foudre). Ces travaux se focalisent sur un matériau de revêtement donné (tissu de verre) et concernent l’étude de la propagation de coupure (crique) sous chargement cyclique. Les sollicitations de service ont amené à considérer la traction et le cisaillement plan. Une étude expérimentale a été menée afin d’étudier les modes d’endommagement du matériau et sa résistance à la propagation de coupure pour différentes sollicitations (en traction et en cisaillement) et pour les drapages les plus courants. Elle a permis de dégager les mécanismes d’endommagement mis en jeu, et a fourni un ensemble important de propriétés matériau et de données quantitatives de vitesse de propagation. Elle a par ailleurs guidé vers une modélisation par éléments finis adaptée à l’architecture du matériau, et la manière dont il se dégrade en fatigue. Ce modèle repose sur un maillage à l’échelle de la mèche, et la prédiction de la propagation est obtenue par l’utilisation d’une courbe de fatigue S-N. La simulation a été évaluée par comparaison des faciès de rupture, des vitesses de propagation et de l’étendue des zones d’endommagement avec les essais réalisés sur éprouvettes.