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.

L’imagerie thermique est largement utiisée dans le domaine militaire pour ses capacités de vision diurne et nocturne et sa longue portée d’observation. Cette technologie est basée sur la détection passive dans l’infrarouge. En conditions météorologiques dégradées ou quand la cible est partiellement dissimulée par du feuillage ou des filets de camouflages militaires, elle devrait être à court terme de plus en plus complémentée par un système d’imagerie active. Cette technologie est essentielle pour l’imagerie à longue portée. La technique d’imagerie dite flash 2D est basée sur une source laser impulsionnel qui illumine la scène et sur une caméra rapide synchronisée qui constitue le système d’imagerie. Ces deux technologies sont b ien éprouvées en présence de conditions météorologiques claires. Les modèles TRM4 (imagerie thermique) et PERFIMA (imagerie active) sont capables de prédire correctement les performances de tels systèmes par beau temps. En revanche, en conditions dégradées telle que la pluie, le brouillard ou la neige, ces modèles deviennent non pertinents. Cette étude introduit de nouveaux modèles pour compléter les codes TRM4 et PERFIMA, et les rendre aptes à prévoir les performances dans ces conditions dégradées. Nous analysons ici plus particulièrement le temps de pluie pour l’imagerie active et l’imagerie thermique. Dans un premier temps, nous répertorions l’impact possible de la pluie sur des paramètres physiques connus (extinction, transmission, résolution spatiale, luminance de trajet, turbulence). Nous étudions ensuite les phénomènes physiques et les lois régissant les caractéristiques de la pluie. Nous avons développé des modèles physiques permettant de calculer l’impact de la pluie sur le système global d’imagerie. Enfin, nous avons simplifié et allégé ces modèles pour obtenir des modèles faciles à utiliser et à interfacer avec les codes TRM4 et PERFIMA qui sont couramment utilisés pour des applications industrielles. Ces modèles de prédiction de l’imagerie active et de l’imagerie thermique ont été confrontés à la réalité (expérience avec l’imageur MILPAT par exemple) pour être validé sur des données réelles, comme la portée des systèmes.

Le Dynamic Soaring est une technique de vol qui extrait l'énergie du vent par des manoeuvres particulières. Il est directement inspiré par le vol des albatros, qui parviennent à se maintenir en vol sans battre des ailes sur des centaines de kilomètres. Les types de manoeuvres nécessaires ainsi que les dimensions de l'oiseau suggèrent un potentiel de transposer le Dynamic Soaring aux véhicules de faibles dimensions. Cette thèse étudie la faisabilité d'exploiter le Dynamic Soaring dans le but de longue endurance vol autonome. Modèles et simulations sont menées afin de dériver une trajectoire qui maintienne le véhicule en vol sans apport d'énergie interne et d'étudier la physique de ce vol particulier,. Ensuite, la recherche se concentre sur l'influence des variables d'environnement et du cap de vol sur les sur les performances par Dynamic Soaring.

Cette thèse porte sur les défis en matière de surveillance de la fiabilité de la navigation par GNSS pour les applications de véhicules terrestres dans les milieux urbains. L'objectif principal de cette recherche est de développer des méthodes de positionnement avec confiance en utilisant des mesures GNSS et des mesures de confiance pour l'utilisateur dans des environnements urbains contraintes. Dans la première partie de la thèse, les erreurs NLOS en milieu urbain sont caractérisées par un modèle 3D de l'environnement urbain. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons proposé une technique de surveillance de la fiabilité dans le domaine des mesures GNSS pour l'environnement urbain en utilisant un capteur de vitesse fiable. Enfin, nous avons développé une nouvelle expérimentale de surveillance de l'intégrité pour le positionnement en milieu urbain. En surveillant de la statistique de test contre un seuil spécifique, l'intégrité et la continuité de positionnement sont fixés à un certain niveau de confiance. En outre, le calcul de niveau de protection horizontale (HPL) en utilisant une approche composite a également été proposé.

En environnements hostiles, les signaux GNSS (Global Navigation Satellite System) peuvent être soumis à des risques de brouillages intentionnels. Basées sur un réseau d'antennes adaptatif, les solutions spatio-temporelles (STAP) ont déjà montré de bonnes performances de réjection des interférences. Toutefois, lorsque le module GNSS est placé sous les pales d'un hélicoptère, des effets non-stationnaires, appelés Rotor Blade Modulation (RBM), créés par les multiples réflexions du signal sur les pales du rotor, peuvent dégrader les techniques usuelles d’antibrouillage. Le signal utile GNSS n’est alors plus accessible. Le travail de la thèse consiste donc à élaborer un système de protection des signaux GNSS adapté à la RBM. Pour cela, un modèle innovant de multitrajets, adapté à ce type de phénomène, a été développé. La comparaison de simulations électromagnétiques représentatives et de mesures expérimentales sur hélicoptère EC-120 a permis de valider ce modèle. Celui-ci permet d'estimer, par maximum de vraisemblance, les paramètres de la contribution non-stationnaire du signal reçu. Enfin, l'association d'un algorithme de filtrage des multitrajets par projection oblique et d'un traitement STAP permet d'éliminer la contribution dynamique puis statique de l'interférence. Les simulations montrent que le signal utile GNSS est alors de nouveau exploitable.

émissions polluantes, les motoristes souhaitent contrôler au mieux l’atomisation du carburant, injecté généralement sous forme de jets ou de nappes liquides. Les essais étant long et coûteux, leur remplacement par un outil numérique capable de simuler le processus d’atomisation permettrait non seulement une réduction des coûts importante mais faciliterait également la phase de conception. Toutefois, en raison du caractère multi-échelle du phénomène, il est difficile de le décrire dans son ensemble avec les approches habituellement utilisées en mécanique des fluides numérique. L’objectif de cette thèse est de concevoir une nouvelle approche qui permettra à terme de simuler l’atomisation pour une configuration industrielle complète. Celle-ci consiste à coupler deux types de modèles. Le premier, dit modèle bifluide, est un modèle à deux fluides compressibles basé sur les équations de Navier-Stokes diphasiques. Celui-ci permet de décrire les grandes échelles du phénomène d’atomisation correspondant à la formation de ligaments et d’amas liquides dans la zone proche de l’injecteur. Le second, dit modèle de spray, est basé sur une équation cinétique. Dans la zone située en aval de l’injecteur, ce dernier permet de décrire de manière statistique l’évolution du brouillard de gouttelettes issues de la fragmentation primaire du jet de carburant. Le point délicat, à la fois sur le plan de la modélisation et sur celui de l’algorithmique, réside dans le couplage des deux modèles. Celuici a été réalisé grâce à l’introduction de deux modèles auxiliaires permettant de traiter le transfert de liquide entre le modèle bifluide et le modèle de spray par atomisation ou ré-impact. L’approche proposée a été appliquée à la simulation numérique de nappes liquides cisaillées. Les comparaisons entre les résultats numériques et des résultats expérimentaux montrent que le modèle bifluide permet de prévoir l’influence de la géométrie et des conditions d’injection sur l’atomisation primaire de la nappe liquide. Le modèle d’atomisation permet quant à lui, de reproduire le caractère instationnaire des mécanismes de production de gouttes lors du transfert de la phase liquide depuis le modèle bifluide vers celui de spray. Des cas de ré-impact valident également la robustesse et la généralité de la méthodologie de couplage.

Icing has since long been identified as a serious issue in the aeronautical world. Ice build up, due to the presence of supercooled water droplets in clouds, leads to degradation of aerodynamic and/or air intake performances, among other undesirable consequences. Hence aircraft manufacturers must comply with certifications and regulations regarding flight safety in icing conditions. In order to do so, ice protection systems are used. Due to the multi-physical context within which these systems operate, numerical simulation can be a valuable asset. The present work deals with the numerical modelling of electro-thermal ice protection systems. It is built around the development of three modules. Two of them are dedicated to modelling heat transfer in the system and in the ice block. The other one models the mechanical behaviour of ice and fracture. Hence, the mechanical properties of atmospheric ice are reviewed in order to identify some mechanical parameters relevant to the fracture model. The fracture mechanics numerical method is used to investigate possible ice shedding mechanisms, that is to say the mechanisms leading to the detachement of ice, which are not yet well understood. The final goal of this work is to propose a completely coupled 2nd generation simulation methodology for electro-thermal ice protection systems. Hence the feasibility of a coupled thermal computation with ice shedding prediction based on the developed modules is shown.

L’utilisation des matériaux composites devient de plus en plus importante dans les structures aéronautiques de nouvelle génération. Le gain de masse engendré, et donc de carburant, pousse les constructeurs aéronautiques à les employer de façon optimale. Néanmoins, ces matériaux se dégradent rapidement lorsqu’ils sont soumis à des flux de chaleur importants, entraînant une perte de leur résistance mécanique. Ce problème peut être dramatique pour la sécurité des passagers car la tenue de ces nouvelles structures peut ne plus être assurée dans le cas d’un incendie. Les méthodes actuelles de certification de la tenue au feu des matériaux composites aéronautiques reposent principalement sur l’utilisation de moyens expérimentaux, dont les résultats ne sont représentatifs que des conditions particulières dans lesquelles les essais ont été réalisés. La compréhension des différents phénomènes thermiques, chimiques et mécaniques intervenant lors de la dégradation de ces matériaux, avec l’appui de simulations numériques et d’expériences, peut permettre d’améliorer les méthodes existantes et donc d’optimiser les futures structures aéronautiques dès la phase de conception. Cette étude s’est attachée à développer et valider un modèle thermo-chimique de dégradation des matériaux composites multi-dimensionnel et multi-constituants. Ce modèle permet de traiter des cinétiques de dégradation complexes suivant plusieurs réactions de décompositions et de prendre en compte le transport des gaz produits depuis leur formation jusqu’à leur évacuation hors du matériau. L’utilisation de lois d’homogénéisation avancées est proposée afin de rendre compte des effets des transformations sur les transferts de chaleur et de masse se produisant au sein du matériau. L’application du modèle thermo-chimique à un cas de dégradation sous flux thermique connu mais non-uniforme dans un environnement contrôlé permet de confronter les résultats de simulation aux mesures expérimentales et ainsi de valider l’approche multiconstituants adoptée. Enfin, l’étude numérique de la dégradation d’un composite soumis à une flamme met en avant l’effet des gaz de décomposition éjectés à l’interface sur le flux thermique pariétal échangé.

Ce travail s’intéresse à l’analyse expérimentale du développement de la zone de mélange turbulente (ZMT) produite par une instabilité de Richtmyer-Meshkov (IRM). Les expériences sont réalisées au sein d’un tube à chocs vertical, et l’analyse s’appuie sur des mesures simultanées mettant en oeuvre des techniques expérimentales de type capteurs de pression pariétaux, visualisations strioscopiques résolues en temps et mesures de vitesse par Vélocimétrie Laser Doppler (LDV). Une caractérisation de l’installation expérimentale est tout d’abord effectuée en situation homogène (air pur, sans mélange), afin de déterminer la qualité de l’écoulement de base et connaître le niveau de turbulence de fond du tube à chocs. Les configurations de mélange, principalement entre de l’air et de l’hexafluorure de soufre (SF6), sont ensuite abordées. On s’intéresse dans un premier temps aux caractéristiques globales de la zone de mélange : en particulier à l’évolution de son épaisseur et à son taux de croissance. Plusieurs configurations de mélange sont étudiées en faisant varier différents paramètres expérimentaux tels que la hauteur de la veine d’essais du tube à chocs, la forme de la perturbation initiale de l’interface entre les deux gaz et le nombre d’Atwood, dans le but de déterminer leur influence sur le développement de la ZMT. On montre ainsi une sensibilité du taux de croissance post-rechoc à plusieurs de ces paramètres. Des comparaisons avec des simulations numériques réalisées par nos partenaires du Commissariat à l’Energie Atomique (CEA) montrent des tendances similaires entre expériences et simulations sur ce point. L’étude est ensuite complétée par une caractérisation plus locale de la ZMT, en mesurant les niveaux de turbulence en différents points de la veine d’essais à l’aide de la LDV. Après avoir quantifié les contraintes de convergence statistique imposées par l’expérience pour ce type de mesures, on donne une estimation des intensités turbulentes produites par l’écoulement de mélange à différents stades de son développement.

Le présent travail s'inscrit dans le cadre d'une convention CIFRE entre Liebherr-Aerospace Toulouse SAS et le Département d'Aérodynamique Energétique et Propulsion (DAEP) de l'ISAE. L’étude porte sur l'analyse des mécanismes responsables de la perte de la stabilité d'un étage de compression centrifuge. L'objectif industriel sous-jacent est l'_élargissement de la plage de fonctionnement stable des compresseurs. Les travaux sont abordés par voie numérique à l'aide du code de calcul elsA, développé par l'ONERA et le CERFACS. Les simulations instationnaires sont effectuées sur la circonférence complète des roues. La topologie de l'écoulement est analysée dans un premier temps selon trois points de fonctionnement stables répartis sur la courbe caractéristique de l'iso-vitesse de design. Cette analyse permet de décrire l'évolution des phénomènes lorsque le débit est réduit. Au voisinage de la ligne de stabilité, l'excès d'incidence sur les aubes du rouet déclenche le décollement de la couche limite sur la face en d’expression. Le guide issu de la zone décollée migre en direction du carter et alimente l'écoulement de jeu. En conséquence, le déficit de vitesse au voisinage du carter s'intensifie et un lâcher périodique de structures tourbillonnaires apparaît à l'interface entre les écoulements secondaires et l'écoulement principal. La perte de la stabilité de l'étage s’établit suite à la naissance d'une perturbation de type « modal » au sein de l'espace lisse. Cette dernière induit de fortes distorsions circonférentielles dans l'étage de compression mais affecte plus particulièrement l'écoulement à l'entrée du rouet. Sur la moitié de la circonférence, l'interface entre les écoulements secondaires et l'écoulement principal ainsi que les structures tourbillonnaires sont déplacées en amont du front de grille. Le taux total-total du rouet chute de manière brutale et entraîne la perte de la stabilité de l'étage. Enfin, la dernière partie de ce travail est dédiée à la mise en place de critères adaptés au modèle stationnaire mono-canal utilisé chez LTS. Ces critères seront utilisés pour améliorer la prédiction de la ligne de pompage en phase de design. Dans un premier temps, la pertinence de l'utilisation du modèle stationnaire au voisinage de la ligne de stabilité est évaluée. Dans un second temps, les influences de la vitesse de rotation et de la géométrie de l’étage sur la topologie sont étudiées. Deux situations sont jugées critiques vis-à-vis de la stabilité. La première concerne l'alignement de l'interface entre l'écoulement de jeu et l'écoulement principal avec le front de grille. La deuxième concerne l'opération du compresseur avec un angle d'écoulement en sur-incidence sur les aubes du diffuseur qui s'établit sur toute la hauteur de veine.