À travers ces travaux de thèse, on s’intéresse à l’utilisation d’une forme d’onde unique pour remplir simultanément une double fonction radar/communication. En plus de répondre à la problématique grandissante de congestion du spectre, cette approche faciliterait en outre l’intégration des systèmes radiofréquences au sein de plateformes mobiles.La volonté de garantir une efficacité spectrale élevée et un coût calculatoire acceptable au système de transmission, combinée au caractère doublement sélectif des canaux de propagation rencontrés, nous amènent à nous focaliser sur l’étude des modulations multiporteuses à filtres courts (WCP-OFDM). Cependant, l’information portée par le signal émis génère un phénomène d’interférence dans les récepteurs radar usuels basés sur la corrélation, qui se manifeste par une élévation du plancher de bruit dans les cartes distance-Doppler. Dans un premier temps,nous modélisons cette interférence et comparons son impact sur les performances en détection de ces différents filtres de réception. Les atouts du symbol-based sont notamment mis en exergue. Dans un second temps, ce récepteur est alors enrichi de techniques visant à traiter l’interférence. À chaque fois, les effets de l’opération de mise en forme du signal sont examinés.

Les travaux menés durant cette thèse s'inscrivent dans le cadre du développement d'instruments de métrologie pour la mécanique des fluides, notamment dans le domaine de la visualisation des écoulements.La BOS3D (pour Background Oriented Schlieren 3D) est une technique capable de fournir des champs 3D instantanés de densité ou de température. Développée à l'ONERA au cours des thèses de V. Todoroff et F. Nicolas, cette technique se base sur l’exploitation de la déviation des rayons lumineux à travers un milieu d'indice optique non homogène.Elle consiste ainsi comparer l’image d’un motif texturé placé derrière un écoulement avec l’image de ce même motif en absence d’écoulement. Les variations de l'indice optique au sein de ce dernier dues aux fluctuations de masse volumique (induites par des variations de température et/ou de pression) courbent le trajet des rayons lumineux. Un déplacement apparent de la texture de l'arrière-plan est observé et calculé par des techniques de corrélation d'images numériques telles que celles couramment utilisées en PIV. En faisant une acquisition simultanée suivant différents points de vue, il est possible de reconstruire le champ de masse volumique associé en résolvant un problème inverse régularisé.Afin de poursuivre le développement de cette technique, nous avons étudié différentes solutions techniques permettant l’amélioration de la résolution spatiale sans dégrader la sensibilité de la mesure. Parmi les solutions étudiées figurent les fonds rétroréfléchissants, les objectifs télécentriques et l'utilisation du speckle pour la génération des fonds texturés utilisés en BOS.Une première campagne expérimentale sur un jet supersonique sous-étendu a, dans un premier temps, validée les améliorations apportées par les solutions proposées sur la résolution spatiale. D’autre part, l’application de la technique BOS3D sur ce type d’écoulement, nous a permis de détailler une partie de la dynamique du phénomène aéroacoustique de screech qui lui est associé. Ainsi, grâce à des acquisitions BOS3D couplées à des mesures acoustiques, nous avons reconstitués la dynamique de deux modes caractéristiques.Une deuxième campagne effectuée dans la soufflerie F2 de l'ONERA, avait pour objet l’étude d’un jet chaud débouchant dans un écoulement transverse. L’utilisation de la méthode BOS3D dans ce cadre a montré les limites actuelles de la technique pour le traitement d’écoulements complexes en soufflerie, comme par exemple les contraintes imposées sur la disposition des caméras. Néanmoins, à partir de l’étude de la reconstruction tomographique sur une simulation numérique de l’écoulement, nous discutons de différentes voies d’amélioration permettant à l’avenir l’utilisation pratique de la technique BOS3D en soufflerie.

Les revêtements de barrière thermique (BT) élaborés par APS sont couramment utilisés aujourd'hui dans le domaine des moteurs aéronautiques civils, en particulier sur les composants chauds des turbomachines tels que la chambre de combustion et les aubes de turbine. De nos jours, des moyens de diagnostic non intrusifs sont nécessaires pour surveiller et prédire la durée de vie des BT. Le dopage des BT avec des terres rares est une approche prometteuse pour atteindre cet objectif.Dans ce travail, CoCrAlY a été sélectionné comme bond coat, et les poudres YSZ vs YSZ:Eu (2mol% Eu3+ dopé) ont été choisies pour top coat. Trois BT avec différentes structures de dopage ont été préparées avec succès sur des substrats Hastelloy-X par APS. L'étude a comparé les changements de performance (ténacité apparente à la fracture interfaciale, morphologie TGO et mécanisme de rupture) des trois types d'échantillons, à savoir Type A (YSZ:Eu3+), Type B (YSZ:Eu3+ + YSZ) et Type C (YSZ), sous oxydation isotherme, choc thermique et oxydation cyclique. Dans le même temps, les propriétés de photoluminescence des échantillons ont été mesurées.(1) Le dopage Eu3+ à 2mol% n'a pratiquement aucun effet sur la densité et les propriétés mécaniques intrinsèques de la BT. Comme prévu, le dopage des ions Eu3+ réduit efficacement la conductivité thermique de la BT.(2) L'influence d'une faible quantité de dopage Eu3+ sur la microstructure et les propriétés mécaniques des YSZ BT sous traitement d'oxydation isotherme peut être négligée. Après avoir subi le même traitement d'oxydation isotherme, aucune inter-diffusion ne se produit entre les différentes couches, la ténacité interfaciale apparente et l'épaisseur de TGO des Types A et C sont approximativement les mêmes, et la défaillance de BT se produit principalement au niveau de l’interface entre TGO / top coat.(3) Le dopage de Eu3+ inhibe dans une certaine mesure la croissance et l'évolution de TGO pendant les essais de choc thermique et d’oxydation cyclique, ce qui a légèrement amélioré les propriétés mécaniques du BT. Le mode de défaillance du revêtement après traitement thermique cyclique est la défaillance interne à la top coat.(4) La BT de Type A est plus adaptée aux revêtements pour applications capteurs. L'intensité de photoluminescence détectée par Type B est nettement inférieure à celle de Type A, car dans le Type B, les ions Eu3+ ne sont incorporés que dans la moitié du revêtement à proximité de la bond coat et son signal lumineux est par conséquent partiellement absorbé / diffusé par la moitié supérieure de YSZ pur.(5) Il est possible d'utiliser Eu3+ comme élément marqueur de l'histoire thermique des YSZ BT pour la détection de l'histoire thermique in-situ. L'intensité lumineuse de Type A et B après traitement thermique diminue avec l'augmentation du temps d'oxydation isotherme (100 à 800 h) en raison de la pollution de surface du Cr2O3 et du CoO diffusant à partir de la bond coat après un traitement à haute température de longue durée. Cela réduit l’intensité lumineuse de la BT en raison de la re-modification de la propriété optique du revêtement. Parallèlement, l'augmentation de la porosité a également un rôle négatif pour diminuer la transmission lumineuse de la BT. A l’inverse, pour augmenter le nombre de chocs thermiques et de cycle d'oxydation, le temps de chauffage court favorise le comportement de transition de l'état amorphe à l'état cristallin, tout en améliorant le niveau de cristallinité et la croissance des cristallites à l'intérieur du revêtement, augmentant ainsi l'intensité de photoluminescence.(6) Les différences entre zone fissurée et zone non fissurée pourraient être détectées en utilisant la voie de photoluminescence. En général, l'intensité de photoluminescence de la zone défectueuse interne est plus forte que la zone intacte, ce qui est dû à la réflectivité interne élevée du signal lumineux provoquée par la zone de délamination.

Afin d’atteindre les objectifs ambitieux fixés par l’ACARE pour 2050, les industriels de l’aéronautique songent à des technologies en rupture de celles actuelles. La modification du cycle thermodynamique de la turbine à gaz est une des solutions envisagées. En vue d’augmenter sensiblement le rendement thermique théorique d’une turbine à gaz, la traditionnelle combustion isobare (cycle de Joule-Brayton) peut être remplacée par une combustion effectuée de façon isochore (cycle de Humphrey). La difficulté majeure de cette technologie est de passer d’éléments alimentés par un flux continu à un flux pulsé. Dans une telle configuration,la turbine est sujette à une forte instationnarité de ces conditions d’entrée. Ainsi, le bénéfice théorique des systèmes isochores ne peut être envisagé que si les performances de la turbine,sous ces conditions d’alimentation si particulières, sont maîtrisées. Les écoulements pulsés dans les turbines sont étudiés depuis de nombreuses années dans le domaine automobile sur des géométries radiales. Cependant, l’influence de ces écoulements sur les performances d’une turbine reste toujours très difficile à appréhender en raison de la complexité de la physique de l’écoulement et des géométries. Un approfondissement de la connaissance de ces phénomènes physiques impose de revenir à des situations académiques sur lesquelles la compréhension de l’écoulement est plus aisée. C’est dans cette problématique que s’inscrivent les travaux de thèse qui visent à clarifier, grâce à la simulation numérique, le comportement d’une turbine soumise à de fortes variations de ces conditions d’entrée.L’approche proposée dans ce manuscrit s’articule alors autour de trois parties. La première partie débute par la caractérisation des phénomènes physiques, en absence de viscosité, lors de régimes transitoires violents au sein de géométrie de complexité croissante qui tendent à s’approcher d’une cascade d’aube linéaire. Cette inspection est suivie par l’investigation du comportement transitoire d’une grille d’aube simplifiée grâce à des simulations fluide parfait.L’analyse instationnaire des efforts aérodynamiques ainsi que celle du flux d’énergie permet d’entrevoir les bénéfices des échanges de puissance instationnaires dans un rotor. La seconde partie cherche à préciser l’influence des effets de viscosité et des couches limites lors d’un régime transitoire. Des simulations aux grandes échelles de propagations d’ondes dans un canal plan sont réalisées afin de détailler l’interaction d’un front d’onde instationnaire et d’une couche limite. Deux configurations sont examinées, l’accélération d’une couche limite transitionnelle par la propagation d’une onde de choc et la décélération de cette couche limite par le biais d’une onde de détente. Enfin, des simulations aux grandes échelles de régimes transitoires dans une grille d’aube sont présentées et comparées avec des simulations fluide parfait équivalentes.L’effet des décollements et recollements intermittents de la couche limite sur la prédiction de l’effort aérodynamique est ainsi spécifié. Finalement, des recommandations préliminaires de conception d’une turbine alimentée par un écoulement pulsé sont données dans la dernière partie du manuscrit grâce à l’exécution de plans d’expériences.

L’imagerie à haute-vitesse sans distorsions spatiales est devenue cruciale pour une large gamme d’applications comme la vision industrielle, la reconnaissance du mouvement et l’imagerie de la Terre depuis l’espace. La technologie d’imagerie CMOS a donc évolué vers une modalité de prise de vue appelée « snapshot », grâce au développement des Capteurs d’Image à Obturation Globale. Néanmoins, ce type d’imageurs présente une dégradation des performances due à une sensibilité à la lumière parasite non-négligeable du Nœud de Stockage, qui en limite l’exploitation. Bien que beaucoup de travaux aient été consacrés à la réduction de la Sensibilité à la Lumière Parasite, il existe des interrogations et des manquements relatifs à la caractérisation et la modélisation de cette figure de mérite.Ces travaux s’intéressent au développement d’un cadre pour la modélisation, la caractérisation et l’atténuation de la Sensibilité à la Lumière Parasite dans les imageurs CMOS à Obturation Globale.Le cadre se base sur le développement d’une métrique pour la caractérisation, d’une méthode de simulation et de différentes méthodes de correction en post-traitement dans le but de faire émerger des recommandations pour la conception et d'augmenter les performances des imageurs de manière efficace et peu coûteuse.

L’objectif de cette thèse est de proposer une solution complète basée sur la vision pour permettre la navigation autonome d’un vaisseau de poursuite (S/C) lors d’opérations de proximité dans l’espace de rendez-vous (RDV) avec une cible non coopérative en utilisant une caméra monoculaire visible.Le rendez-vous autonome est une capacité clé pour répondre aux principaux défis de l’ingénierie spatiale, tels que l’enlèvement actif des débris (ADR) et l’entretien en orbite(OOS). L’ADR vise à éliminer les débris spatiaux, dans les régions protégées en orbite basse, qui sont les plus susceptibles d’entraîner des collisions futures et d’alimenter le syndrome de Kessler, augmentant ainsi le risque pour les engins spatiaux opérationnels. L’OOS comprend des services d’inspection, d’entretien, de réparation, d’assemblage, de ravitaillement et de prolongation de la durée de vie des satellites ou structures en orbite.Lors d’un RDV autonome avec une cible non coopérative, c’est-`a-dire une cible qui n’aide pas / n’interagit pas le chasseur dans les opérations d’acquisition, de poursuite et de rendez-vous, le chasseur doit estimer l’état de la cible `a bord de manière autonome.Les opérations de rendez-vous autonomes nécessitent des mesures précises et actualisées de la pose relative (c’est-à-dire la position et l’attitude de la cible), et la combinaison de capteurs de caméra avec des algorithmes de poursuite peut constituer une solution rentable.La recherche a été divisée en trois études principales : le développement d’un algorithme permettant l’acquisition de la pose initiale (c’est-à-dire la détermination de la pose sans aucune connaissance préalable de cette pose aux instants précédents), le développement d’un algorithme de poursuite récursif (c’est-à-dire d’un algorithme qui exploite les informations sur l’état de la cible à l’instant précédent pour calculer la mise à jour de la pose à l’instant actuel), et le développement d’un filtre de navigation intégrant les mesures provenant de différents capteurs et/ou algorithmes, avec différents taux et délais.En ce qui concerne la phase d’acquisition de la pose, un nouvel algorithme de détection a été développé pour permettre une initialisation rapide de la pose. Une approche est proposée pour récupérer entièrement la pose de la cible en utilisant un ensemble d’invariants et de moments géométriques (c’est-à-dire des caractéristiques globales) calculés à partir des images de la silhouette de la cible. Les caractéristiques globales synthétisent le contenu de l’image dans un vecteur de quelques descripteurs qui changent de valeurs en fonction de la pose relative de la cible. Une base de données des caractéristiques globales est pré-calculée hors ligne en utilisant le modèle géométrique de la cible afin de couvrir tout l’espace de la solution. Au moment de l’exécution, les caractéristiques globales sont calculées sur l’image actuelle acquise et comparées avec la base de données. Différents ensembles de caractéristiques globales ont été comparés afin de sélectionner les plus performants,ce qui a permis d’obtenir un algorithme de détection robuste avec une faible charge de calcul.

Cette thèse est dédiée à la conception et à l'étude d'une structure de boucle de raffinement auto-adaptative pour résoudre de manière fiable les équations intégrales acoustiques. Notre démarche est de revisiter l'ensemble des briques constitutives de cette architecture pour en améliorer l'efficacité algorithmique ainsi que la facilité d'utilisation, et vue d'en démocratiser son usage.Notre approche consista d'abord à étudier un schéma numérique de Galerkin discontinu. Cette méthode rend en effet possible l'utilisation de maillages $hp$ non-conformes et l'optimisation et la simplification de la construction de l'espace d'approximation. Nous fournissons une étude théorique détaillée de cette méthode et démontrons sa stabilité. Un ensemble d'expériences numériques a permis de confirmer le bon comportement pratique du schéma numérique.Nous avons ensuite adapté une méthode de compression matricielle basée sur une approche par interpolation directionnelle $mathcal{DH}^{2}$ ainsi que sa recompression algébrique. Un ensemble d'optimisations originales a été introduite en vue d'obtenir un algorithme efficace dans le cas de matrices issues du schéma de Galerkin discontinu. Nous obtenons textit{in fine} une compression robuste vis-à-vis de la fréquence et de l'hétérogénéité du maillage. Une analyse de complexité ainsi qu'un nombre conséquent d'expériences numériques, dont des comparaisons avec une $mathcal{H}$-matrice, sont également proposés.La dernière partie de la thèse fut d'abord dédiée à la construction d'un estimateur d'erreur textit{a posteriori} adapté au schéma de Galerkin discontinu qui soit fiable et local. Il est basé sur une approche de type résidu. Cet outil est indispensable pour guider le processus de raffinement local du maillage. Nous avons ensuite exploré un ensemble de procédures de raffinement local en $h$ et en $hp$ non-conformes. Cela permit de confirmer l'intérêt d'un raffinement $hp$ non-conforme, qui offre un meilleur taux de convergence de l'estimateur par rapport au raffinement en $h$ conforme. Une autre contribution originale de notre travail est de proposer un estimateur d'erreur qui prenne en compte l'ensemble des contributions à l'erreur globale : l'erreur de discretisation, l'erreur de résolution du système linéaire et l'erreur de compression. Cette finesse de description de l'erreur nous a permis d'automatiser le réglage de l'ensemble des paramètres de la boucle de raffinement auto-adaptative. Nous aboutissons finalement à une architecture de calcul extrêmement simple d'utilisation.

Les travaux actuels dans le domaine de la navigation autonome s’intéressent principalement à l’étude d’algorithmes de localisation sur la base d’hybridation multi-capteurs ou d’approche de type localisation et cartographie simultanées (SLAM). Aujourd’hui des méthodes bien connues et assez fiables existent comme par exemple ORB-SLAM, SVO, PTAM. L’ensemble de ces méthodes peut être considéré comme des approches « bas niveau » dans le sens où l’interprétation de la scène reste très limitée. En effet, celle-ci est représentée par des nuages de points 3D ou au mieux des amers géométriques.Il est à noter qu’avec le machine learning et plus récemment l’engouement pour le Deep-Learning, des techniques d’analyse d’image émergent avec l’extraction d’objets statiques ou mobiles (détection de piétons, de panneaux, de marquages au sol. Ces approches restent cependant encore décorrélées de l’étape de navigation à proprement parlé. L’ambition de ce projet est d’intégrer les couches d’analyse de scène dans le cadre de la navigation autonome, à savoir intégrer les informations sémantiques dans l’étape de calcul de position. Nous souhaitons donc mettre en place une cartographie d'objets, dite sémantique, qu'ils soient routiers (panneau, feux, marquages au sol particuliers...), urbains (enseignes de magasin...) et éventuellement d’événements (accidents, travaux, déviations...). Ce type de cartographie permettra la navigation par amers visuels de haut niveau bien plus robustes dans le temps mais également plus facilement détectable en cas de variation de luminosité (jour nuit). Ce projet se situe ainsi à l’intersection de diverses thématiques : - L’apprentissage automatique, l’analyse d’image et la détection d’objets - La localisation par vision (odométrie visuelle, hybridation) - La cartographie sémantique géolocalisée (SLAM+GNSS).

Le SGS (Système de Gestion de la Sécurité) est présenté dans l'aviation comme l'approche la plus prometteuse pour améliorer la sécurité. Pourtant, son efficacité perçue en tant qu'approche de management de la sécurité est mitigée. Cette thèse explore comment le SMS a été adopté dans l'aviation dans les années 2010, comme un changement radical dans le management de la sécurité et un moyen de réduire les occurrences d'accidents. Plus précisément, deux questions sont abordées : Comment le SGS de l'aviation tient-il ses promesses en matière de sécurité ? Comment le SGS a-t-il atterri dans l'aviation ?Sur la base d'une revue de littérature et d'une analyse des guides et outils pour le SGS produits par les autorités de l'aviation civile de trois régions représentatives, différentes philosophies du SGS sont mises en évidence : d'une approche basée sur la conformité, s'appuyant fortement sur une customisation minimale de documents génériques mis à disposition par les autorités, à une approche réflexive amenant les organisations aéronautiques à réfléchir sur leurs propres pratiques et à proposer leurs propres mesures pour gérer au mieux la sécurité.Une analyse critique de la manière dont le SGS tient ses promesses est alors effectuée. Elle passe en revue des raccourcis conceptuels (ex : confusion entre sécurité et SGS ; assimilation de la sécurité à la gestion des risques), les écueils méthodologiques, et les biais introduits par la mise en œuvre pratique du SGS.Pourtant, malgré ces limites, le SGS a été massivement adopté dans les industries à haut risque. Une recherche complémentaire s’imposait pour dépasser ce constat. Elle a été réalisée au moyen d'une approche socio-historique combinant l'analyse de traces écrites et l'interview de 18 ‘anciens’ du management de la sécurité déjà acteurs du domaine au moment de l'émergence et de la diffusion du SGS (fin des années 70 à 90 essentiellement). Cette analyse met en évidence les motivations des différents acteurs de la sécurité à changer d’approche de management de la sécurité, allant de l'amélioration de la performance globale, à des enjeux de responsabilité et de transparence. Elle souligne également le rôle du contexte global dans la convergence vers une approche de type SGS, en particulier : l'élan sociétal vers le New Public Management basé sur la gestion des risques et les audits généralisés ; la diffusion des systèmes de management de la qualité dans l’industrie. Enfin, l’histoire des idées autour du management de la sécurité est explorée. Elle souligne le rôle des communautés, en particulier des communautés de pratique au sein des industries, des communautés d'utilisateurs et des communautés scientifiques, ainsi que celui de certains individus et mécanismes qui ont favorisé la transversalité entre communautés. Au final, le SGS s'avère être l'émanation d'un contexte complexe mêlant de multiples aspects interdépendants.Ces constats conduisent à proposer trois voies à explorer, allant crescendo dans leur décalage avec les pratiques actuelles : 1/ Une extension du cadre, de l’horizon temporel et de la portée de l'analyse des risques, et des méthodes de travail plus inclusives dans le processus de gestion des risques ; 2/ Une extension de la définition de la sécurité au-delà de la gestion des risques reconnaissant l'incertitude, et le développement de capacités à faire face aux inévitables imprévus. Cela implique une flexibilité des modes d’action et de décision pour s’adapter aux situations et par suite, une évolution des modèles de gouvernance vers des modèles plus contextualisés et plus inclusifs ; 3/ Dépasser le périmètre de la sécurité pour mieux la manager, en appréhendant la complexité du contexte global et les multiples enjeux avec lesquels elle interagit. Par ailleurs, aborder la question des enjeux multiples sous un angle favorisant les synergies entre eux plutôt les tensions. Cela passe notamment par une révision des modes de gouvernance et structures organisationnelles.

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.