Les imageurs CMOS représentent un outil d’avenir pour de nombreuses applications scientifiques de haut vol, telles que l’observation spatiale ou les expériences nucléaires. En effet, ces imageurs ont vu leurs performances démultipliées ces dernières années grâce aux avancées incessantes de la microélectronique, et présentent aussi des avantages indéniables qui les destinent à remplacer les CCDs dans les futurs instruments spatiaux. Toutefois, en environnement spatial ou nucléaire, ces imageurs doivent faire face aux attaques répétées de particules pouvant rapidement dégrader leurs performances électro-optiques. En particulier, les protons, électrons et ions présents dans l’espace ou les neutrons de fusion nucléaire peuvent déplacer des atomes de silicium dans le volume du pixel et en rompre la structure cristalline. Ces effets de déplacement peuvent former des défauts stables introduisant des états d’énergie dans la bande interdite du silicium, et ainsi conduire à la génération thermique de paires électron-trou. Par conséquent, ces radiations non-ionisantes produisent une augmentation permanente du courant d’obscurité des pixels de l’imageur et donc à une diminution de leur sensibilité et de leur dynamique. L’objectif des présents travaux est d’étendre la compréhension des effets de déplacement sur l’augmentation du courant d’obscurité dans les imageurs CMOS. En particulier, ces travaux se concentrent sur l’étude de la forme de la distribution de courant d’obscurité en fonction du type, de l’énergie et du nombre de particules ayant traversé l’imageur, mais aussi en fonction des caractéristiques de l’imageur. Ces nombreux résultats permettent de valider physiquement et expérimentalement un modèle empirique de prédiction de la distribution du courant d’obscurité pour une utilisation dans les domaines spatial et nucléaire. Une autre partie majeure de ces travaux consiste à utiliser pour la première fois la technique de spectroscopie de courant d’obscurité pour détecter et caractériser individuellement les défauts générés par les radiations non-ionisantes dans les imageurs CMOS. De nombreux types de défauts sont détectés et deux sont identifiés, prouvant l’applicabilité de cette technique pour étudier la nature des défauts cristallins générés par les effets de déplacement dans le silicium. Ces travaux avancent la compréhension des défauts responsables de l’augmentation du courant d’obscurité en environnement radiatif, et ouvrent la voie au développement de modèles de prédiction plus précis, voire de techniques permettant d’éviter la formation de ces défauts ou de les faire disparaître.

L’objectif de ce travail est de permettre à une équipe de robots autonomes hétérogènes d’effectuer une mission complexe dans un environnement réel et sous contrainte de communication. Cette thèse a donc consisté à créer et à valider une architecture distribuée à bord des robots et intégrant planification, supervision de l’exécution du plan et réparation de ce plan suite à l’occurrence d’aléas. Ce manuscrit présente la conception d’un algorithme de planification hybride, dénommé HiPOP, utilisé pour calculer un plan initial, avant le début de la mission, et pour réparer le plan en cours de mission quand un événement perturbateur survient. Il présente aussi la conception d’un algorithme de supervision, dénommé METAL, utilisé pour suivre l’exécution du plan sur chaque robot et, le cas échéant, faisant appel à HiPOP pour réparer le plan. Ces deux algorithmes ont été implémentés et ont permis de réaliser des missions de surveillance allant jusqu’à impliquer 12 robots, à la fois en simulation et avec de vrais robots.

Les turbomachines aéronautiques sont composées de plusieurs roues aubagées dont la fonction est de transférer l’énergie de l’air au rotor. Les roues aubagées des modules compresseur et turbine sont des pièces particulièrement sensibles car elles doivent répondre à des impératifs de performance aérodynamique, de tenue mécanique, de tenue thermique et de performance acoustique. L’optimisation aéro-méca-acoustique ou aéro-thermo-mécanique des aubages consiste à chercher, pour un ensemble de formes aérodynamiques paramétrées (par plusieurs dizaines de variables), celle assurant le meilleur compromis entre la performance aérodynamique du moteur et la satisfaction de plusieurs dizaines de contraintes souvent contradictoires. Cette thèse introduit une méthode d’optimisation basée sur les métamodèles et adaptée à la grande dimension pour répondre à la problématique industrielle des aubages. Les contributions de cette thèse portent sur deux aspects : le développement de modèles de krigeage, et l’adaptation d’une stratégie d’optimisation pour la gestion du grand nombre de variables et de contraintes. La première partie de ce travail traite des modèles de krigeage. Nous avons proposé une nouvelle formulation du noyau de covariance permettant de réduire le nombre de paramètres du modèle afin d’accélérer sa construction. Une des limitations connues du modèle de krigeage concerne l’estimation de ses paramètres. Cette estimation devient de plus en plus difficile lorsque nous augmentons la dimension du phénomène à approcher. En particulier, la base de données nécessite davantage de points et par conséquent la matrice de covariance du modèle du krigeage est de plus en plus coûteuse à inverser. Notre approche consiste à réduire le nombre de paramètres à estimer en utilisant la méthode de régression des moindres carrés partiels (PLS pour Partial Least Squares). Cette méthode de réduction dimensionnelle fournit des informations sur la relation linéaire entre les variables d’entrée et la variable de sortie. Ces informations ont été intégrées dans les noyaux du modèle de krigeage tout en conservant les propriétés de symétrie et de positivité des noyaux. Grâce à cette approche, la construction de ces nouveaux modèles appelés KPLS est très rapide étant donné le faible nombre de paramètres nécessaires à estimer. La validation de ces modèles KPLS sur des cas test académiques ou industriels a démontré leur qualité de prédiction équivalente voire même meilleure que celle des modèles de krigeage classiques. Dans le cas de noyaux de covariance de type exponentiel, la méthode KPLS peut être utilisée pour initialiser les paramètres du krigeage classique, afin d’accélérer la convergence de l’estimation des paramètres du modèle. La méthode résultante, notée KPLS+K, a permis d’améliorer la qualité des modèles dans le cas de fonctions fortement multimodales. La deuxième contribution de la thèse a consisté à développer une stratégie d’optimisation globale sous contraintes pour la grande dimension, en s’appuyant sur les modèles KPLS ou les modèles KPLS+K. En effet, nous avons étendu la méthode d’optimisation auto-adaptative connue dans la littérature sous le nom "Efficient Global Optimisation, EGO" pour gérer les problèmes d’optimisation sous contraintes en grande dimension. Différents critères d’enrichissement adaptatifs ont pu être explorés. Cette stratégie a permis de retrouver l’optimum global sur des problèmes académiques jusqu’à la dimension 50. La méthode proposée a été confrontée à deux types de problèmes industriels, le cas test MOPTA issu de l’industrie automobile (124 variables d’entrée et 68 fonctions contraintes) et le cas test Snecma des aubes de turbomachines (50 variables d’entrée et 31 fonctions contraintes). Les résultats ont permis de montrer la validité de la démarche ainsi que les limites de la méthode pour une application dans un cadre industriel.

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.