La Montgolfière Infrarouge (MIR), de 40 mètres de diamètre et développée par le CNES, capte le rayonnement infrarouge terrestre pour chauffer l'air à l'intérieur du ballon et le maintenir à des altitudes élevées (30km le jour et 20km la nuit). Cette étude vise à déterminer le coefficient de convection naturelle externe dans des conditions expérimentales proches de celles rencontrées par la MIR lors de son vol (10¹¹ < Ra < 10¹², distribution de température inhomogène, condition d'environnement infini). Dans ce but, une maquette de la MIR, à l’échelle 1/100ème et constituée de films chauffants, est placée dans une enceinte remplie d'air (2x10⁸ < Ra < 4x10⁸). Une instrumentation PIV (Particle Image Velocimetry) permet de caractériser l’écoulement dans un plan 2D autour de la maquette et des thermocouples, placés sur la maquette et dans l'enceinte, mesurent la température. Ce banc expérimental permet de calculer le nombre de Nusselt local sur la maquette pour différentes distributions de température. Une simulation numérique, dont les résultats sont validés par rapport à l'expérience, vient compléter l'étude du nombre de Nusselt local pour des nombres de Rayleigh plus importants (10¹⁰ < Ra < 2x10¹⁰), plus proches des conditions réelles.

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’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.

La théorie de la commande a évolué de façon significative dans le domaine de l'automatique non-linéaire. Cependant, les méthodes utilisées actuellement dans l'industrie aérospatiale sont le plus souvent basées sur des techniques de commande linéaire. Les spécifications, toujours plus exigeantes en termes de fiabilité et performance, imposent l'utilisation de techniques de plus en plus complexes. Ainsi, l'industrie cherche des solutions dans les nouvelles techniques de la théorie de la commande non-linéaire. En particulier, la limitation des actionneurs représente un phénomène non-linéaire commun dans la plupart des systèmes physiques. Des actionneurs saturés peuvent engendrer la dégradation de la performance, l'apparition de cycles limites ou d'états d'équilibre non désirés et même l'instabilité du système bouclé. Le but de la thèse est d'adapter et de développer les techniques de synthèse anti-windup à la commande de haute précision des axes angulaires et linéaires de satellites. Dans le domaine spatial, cet objectif se retrouve dans les missions de commande en accélération et aussi du vol en formation. Ces missions utilisent des propulseurs de haute précision où leur capacité maximale est très basse. Ces systèmes propulsifs présentent une modélisation particulière. Des fonctions de répartition adaptées à la synthèse anti-windup ont été étudiées. De plus, en tenant compte de l'état de l'art de la synthèse anti-windup, il y a un vrai besoin d'utiliser des techniques de symétrisation pour la fonction saturation. Le but principal de ce travail consiste à utiliser les techniques développées sur une application aérospatiale. A titre d'exemple, une stratégie complète est proposée afin de contrôler l'attitude et la position relative d'une mission de vol en formation.

Le système de commande de vol (CDV) est un des systèmes les plus critiques à bord d'un avion. Les fonctions logicielles de ce système sont donc soumises à un effort de vérification important. Chez Airbus, le développement des fonctions critiques suit une approche basée sur des modèles formels, à partir desquels la majeure partie du code embarqué est générée. Certaines vérifications peuvent ainsi s'effectuer dès le niveau de la modélisation formelle, et sont aujourd'hui réalisées par test des modèles dans un environnement de simulation. L'objet de cette thèse est d'étudier comment une technique formelle, le model-checking, s'insère dans ces vérifications amonts. La contribution comporte trois parties. La première partie tire le bilan des études passées d'Airbus sur l'application du Model Checking au système de CDV. Nous analysons notamment les caractéristiques des fonctions de CDV, et leur impact sur l'applicabilité de la technologie. Le deuxième partie complète la précédente par une nouvelle étude, expérimentant le Model Checking sur la fonction Ground Spoiler de l'A380. Les expérimentations ont permis de consolider notre analyse du positionnement du Model Checking dans le processus Airbus. Un des problèmes pratiques identifiés concerne l'exploitation des contre-exemples retournés par le model-checker, en phase de mise au point d'un modèle. La troisième partie propose une solution à ce problème, basée sur l'analyse structurelle des parties d'un modèle activées par le contre-exemple. Il s'agit, d'une part d'extraire l'information pertinente pour expliquer la violation de la propriété cible et, d'autre part de guider le model-checker vers l'exploration de comportements différents, activant d'autres parties du modèle. Un algorithme d'analyse structurelle est défini, et implémenté dans un prototype afin d'en démontrer le concept.

Dans le but d’améliorer les systèmes de pilotage des avions, Airbus souhaite développer sa capacité prédire les effets aéroélastiques associés au braquage de gouvernes situées sur des parties souples de l’avion. Dans ce cadre, les travaux de thèse présentés visent à développer des méthodes de calcul pour simuler ce type de phénomènes. Partant des techniques de calcul existantes, basées sur un couplage des méthodes de mécanique des fluides numérique avec un modèle de structure, deux axes de travail on été suivis. Le premier concerne la représentation des gouvernes dans les algorithmes de mécanique des fluides numériques. Pour faciliter cette représentation et surtout permettre le mouvement des gouvernes en cours de calcul il a été choisi d’utiliser la technique Chimère qui permet de combiner en cours des maillages élémentaire. Une méthode innovante pour assembler automatiquement des maillages Chimère a notamment été développée. Le second axe de travail a concerné l’adaptation des méthodes d’aéroélasticité. En effet, il est apparu au cours des travaux que ces techniques conduisaient à des temps de calcul élevés en raison de phénomènes transitoires très longs à évacuer. Pour pallier ce problème la méthode d’équilibrage temporel des harmoniques a été appliquée aux équations de l’aéroélasticité conduisant à un nouveau schéma de couplage entre les équations du fluide et de la structure. Les différentes méthodes développées sont appliquées à des configurations industrielles représentatives.

Les milieux diffusants optiquement épais sont présents dans de nombreux champs d'application (nuages, peintures, sprays ou encore les milieux biologiques). Le développement de nouvelles technologies permettant de réaliser un diagnostic in situ sans perturbations est essentiel. L'objectif de ce travail de thèse est de décrire une méthode innovante pour déterminer la distribution en taille de particules diffusantes constituant un milieu épais. L'idée consiste à réaliser une mesure de spectre d'extinction associée à un algorithme d'inversion. D'un point de vue expérimental, cette mesure n'est possible qu'avec une source laser suffisamment brillante et accordable. De plus, la contribution diffusée qui perturbe la mesure doit être filtrée. Nous démontrons que les méthodes de spectroscopie femtoseconde offrent la possibilité de surmonter toutes ces difficultés.

Les surfaces de contrôle de la voilure (ailerons et spoilers) permettent d'assurer la manœuvrabilité et le contrôle d'un avion dans tout son domaine de vol. Cette thèse s'inscrit dans une démarche d'amélioration de la modélisation aérodynamique de ces surfaces, afin de permettre une optimisation plus fine de la configuration avion. Plus précisément, l'objectif est l'élaboration d'une méthodologie reposant sur différents outils (CFD RANS et CFD rapide principalement) permettant d'améliorer, en terme de précision et de coût, l'estimation des efficacités des ailerons et des spoilers, dans toute l'enveloppe de vol et à chaque étape du développement. L'apport des progrès réalisés par l'utilisation de cette nouvelle méthodologie a ainsi été évalué dans une optique de production de Données Aérodynamiques, essentielles dans le processus de dimensionnement pluridisciplinaire de l'avion.

L'objectif de ce travail de thèse a été de caractériser et de modéliser le comportement de diodes laser à cavité verticale émettant par la surface (VCSELs) à 1,3µm et 1,55µm. Ces sources laser constituent en effet un enjeu majeur dans les transmissions d'information à haut débit. La modélisation est basée sur l'analogie entre les équations d'évolution monomodés linéarisées et les équations de Kirchhoff du circuit électrique équivalent de la cavité optique. Il est donc possible d'exprimer chaque élément de ce circuit en fonction des paramètres intrinsèques du VCSEL. Cependant, bien que les VCSELs utilisés soient en puce, le modèle électrique complet doit prendre en compte des effets parasites liés à l'accès électrique. Une méthode originale, basée sur la mesure du «Turn-On Delay» et des paramètres S, a donc été développée afin de pouvoir s'affranchir de ces effets parasites et ainsi d'obtenir la valeur de chaque élément du circuit sans procédure d'optimisation. Grâce à cette méthode, il est alors possible d'extraire les paramètres intrinsèques du VCSEL. Le modèle est ensuite confronté aux résultats de simulation des équations d'évolution linéarisées en fonction des paramètres extraits. Le comportement en bruit des VCSELs est également analysé afin de compléter le circuit électrique par des sources équivalentes de bruit en tension et en courant. Cela permet d'élaborer un schéma électrique équivalent complet validé expérimentalement. Enfin la mesure du spectre des VCSELs permet d'en déduire l'évolution de la largeur de raie en fonction du courant de polarisation et d'en extraire le facteur de Henry, source de dégradation des télécommunications optiques.

L'objectif de ces travaux est d'utiliser des liaisons intersatellites (InterSatellite Links) au sein d'une constellation de satellites d'observation autonomes en termes de planification, permettant ainsi aux satellites de communiquer entre eux et d'avoir une indépendance maximale par rapport au sol. Nous considérons donc un problème d'affectation de tâches (1) dynamique car des tâches d'observation asynchrones sont générées au cours de l'exécution, (2) distribué car chaque satellite ne connaît qu'un sous-ensemble des tâches à réaliser et (3) contraint en communication car les satellites ne peuvent communiquer que lorsque leurs orbites se croisent. Nous proposons une approche décentralisée en modélisant la constellation de satellites par un système multiagent. Chaque agent planifie individuellement, communique avec ses voisins et coopère avec eux par la suite. Pour cela, nous proposons une notion de connaissance commune et de confiance en cette connaissance fondées sur le modèle d'accointances de la constellation ainsi qu'une méthode décentralisée de formation de coalitions par référence. Cette approche coopérative a été validée expérimentalement en proposant des métriques permettant de caractériser la dimension multiagent du système. Les résultats expérimentaux montrent que notre approche permet non seulement aux constellations de satellites de réaliser plus rapidement plus de tâches d'observation mais aussi de réduire la taille des constellations mises en oeuvre pour un même niveau de performance.