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.

Aujourd'hui la quasi-totalité des engins spatiaux sont entièrement contrôlés depuis le sol. Des plans d'activités précis sont téléchargés régulièrement du sol vers l'engin, auquel la part d'autonomie laissée est réduite au minimum : régulation thermique, contrôle d'attitude. Dans le cadre d'un programme commun au CNES et à l'ONERA (programme AGATA : Architecture Générique pour l'Autonomie : Tests et Applications) portant sur l'autonomie des engins spatiaux, nous avons envisagé de déplacer les mécanismes de planification d'un satellite agile d'observation équipé d'un instrument de détection de la couverture nuageuse, du sol vers le bord, afin d'augmenter sa réactivité et son efficacité. Nous avons adapté au cas d'un satellite agile et nous avons amélioré une architecture générique réactive-délibérative développée dans le cadre du projet AGATA. Cette architecture est centrée sur une tâche réactive capable de répondre instantanément aux stimuli de l'environnement (réception de nouvelles requêtes d'observation, état de la couverture nuageuse). Cette tâche réactive est équipée de règles de décision par défaut et contrôle une tâche délibérative qui s'exécute en parallèle et utilise au mieux le temps dont elle dispose pour choisir de façon optimale la prochaine décision à prendre. Il devient alors réaliste de concevoir un satellite d'observation décidant de façon autonome et en temps réel des actions à exécuter parmi des actions de manœuvre orbitale (lorsqu'il s'éloigne trop de son orbite de référence), de rendez-vous en attitude, de détection de la couverture nuageuse, d'observation de zones au sol, de télédéchargement de données, de rechargement des batteries et de pointage géocentrique. Le développement d'un environnement de simulation temps-réel nous a permis d'évaluer le gain apporté par cette architecture, par les mécanismes de décision mis en place (règles de décision et algorithmes d'optimisation) et par la détection de la couverture nuageuse à bord du satellite.

Le speckle est un phénomène interférentiel issu de l'interaction d'une onde cohérente avec une surface rugueuse. Dans un plan d'observation, il se présente comme un ensemble de tavelures. Devenu incontournable depuis l'invention du laser dans les années 1960 mais souvent considéré comme un bruit pour l'imagerie ou la métrologie en lumière cohérente, le speckle optique est néanmoins à l'origine de plusieurs techniques de mesure de déplacements ou de déformations par exemple. Le speckle peut être caractérisé par un ensemble de paramètres statistiques, le plus utilisé étant le contraste. Ces paramètres sont correctement modélisés dans le cas où les rugosités, supérieures à la longueur d'onde qui les éclaire, entraînent des déphasages complètement aléatoires et lorsqu'elles sont présentes en grand nombre de façon à permettre l'application du théorème de limite centrale. Le modèle de Goodman est alors applicable et le champ complexe est décrit comme une variable aléatoire circulaire et gaussienne. En-dehors de ce cas limite, les paramètres généralement utilisés pour décrire le speckle sont mal connus. Il existe en particulier des lacunes en ce qui concerne la transition vers les statistiques non gaussiennes dans le cas de rugosités moyennes à l'échelle de la longueur d'onde. La connaissance complète de ces données pourrait notamment permettre de prévoir l'impact du speckle dans les différentes configurations rencontrées expérimentalement. Cette thèse propose le calcul des paramètres statistiques du speckle par simulation numérique, en s'appuyant sur la génération de surfaces aléatoires et la propagation de Fresnel, sans hypothèse a priori si ce n'est la condition paraxiale. Le travail a abouti à la description complète des transitions circulaire et gaussienne et à l'étude du couplage de ces deux transitions. D'une part, les résultats permettent d'affiner la compréhension des propriétés du champ diffusé et de sa dépendance à la rugosité et à la configuration d'éclairage, d'un point de vue purement géométrique, à partir d'une surface modélisée à l'aide de deux paramètres: l'écart-type des hauteurs et la longueur de corrélation. D'autre part, ils complètent les données disponibles sur les statistiques du speckle et permettent d'envisager une méthode de caractérisation statistique des surfaces rugueuses. Ce travail pourrait également ouvrir des perspectives d'optimisation de l'imagerie active par laser.

Le problème de l'exploitation commune de ressources limitées et coûteuses se pose très souvent dans le milieu industriel, et plus particulièrement dans le domaine spatial pour lequel les projets sont très souvent financés par plusieurs entités, pays ou organismes. L'exploitation de ces ressources doit bien entendu répondre à des critères d'efficacité, afin d'empêcher sa sous-exploitation, mais aussi à des critères d'équité, chaque agent espérant un retour sur investissement en rapport avec sa contribution financière. Nous nous sommes intéressés, au cours de ce travail de thèse, au problème de partage équitable de biens indivisibles (autrement dit d'objets) entre des agents, dont nous abordons trois aspects principaux : modélisation du problème, complexité et algorithmique. La modélisation du problème de partage que nous proposons s'inspire tout d'abord de la théorie du bien-être social et des nombreux travaux sur l'agrégation de préférences dans les problèmes de décision collective et de partage que l'on peut trouver dans le domaine du choix social et de la microéconomie. Elle s'appuie de plus sur un langage de représentation compacte inspiré des travaux sur l'expression logique de préférences. Nous nous intéressons dans un deuxième temps à la complexité du problème de partage tel qu'il a été défini, dont nous étudions deux aspects particuliers : complexité du problème de maximisation de l'utilité collective, et complexité du problème d'existence d'un partage efficace et sans envie. Enfin, dans la dernière partie du travail de thèse, nous nous penchons sur le problème de calcul d'un partage égalitariste au sens du leximin, problème pour lequel nous proposons et analysons plusieurs algorithmes fondés sur la programmation par contraintes. Ce travail de thèse s'appuie sur un problème réel d'allocation de prises de vue pour une constellation de satellites d'observation de la Terre.