Les moteurs-fusées hybrides combinent les technologies des deux autres catégories de moteurs à propulsion chimique, et associent un combustible et un oxydant stockés respectivement sous phase solide et liquide. Cette architecture offre un certain nombre d’avantages, comme par exemple des coûts plus faibles et une architecture simplifiée par rapport à la propulsion bi-liquide; la possibilité de réaliser de multiples extinctions et ré-allumages et une bonne impulsion spécifique théorique par rapport à la propulsion solide, et enfin une sécurité de mise en œuvre accrue et un impact environnemental faible vis-à-vis de ces deux autres modes de propulsion. Comme toutes les chambres de combustion, celles des moteurs hybrides peuvent subir des oscillations de pression sous certaines conditions de fonctionnement. Ces instabilités se traduisent par des fluctuations de poussée qui peuvent dégrader la structure d’un lanceur ou d’un satellite. Des phénomènes divers peuvent être à l’origine des fluctuations de pression observées dans les moteurs hybrides. L’objectif de la thèse est de proposer une modélisation des instabilités d’origine hydrodynamique qui apparaissent dans les moteurs hybrides. Une exploitation nouvelle de la base de données disponible à l’ONERA a servi de support pour la modélisation, ainsi que des simulations numériques instationnaires 2D et 3D réalisées à l’aide du code CFD CEDRE. Les instabilités sont provoquées par la formation périodique de structures tourbillonnaires dans la chambre de combustion, qui génèrent des fluctuations de pression lors de leur passage dans le col de la tuyère. L’originalité du modèle, basé sur la théorie classique de génération tourbillonnaire dans une cavité, consiste à prendre en compte les variations géométriques de la chambre de combustion au cours des tirs. Ces variations ont un effet sur la vitesse de l’écoulement, sur la zone de recirculation dans la post-chambre, ainsi que sur les tourbillons eux-mêmes. Enfin, plusieurs nouveaux essais du moteur hybride HYCOM ont été effectués et confrontés au modèle développé dans le cadre de la thèse.

L’objectif de cette thèse est de faire progresser la modélisation de la transition de couche limite sur des aubes de turbines basse-pression fortement chargées. Cette modélisation repose sur l’utilisation du modèle de transition de Menter et Langtry utilisé pour des calculs RANS dans le code elsA. Une fois les limitations du modèle de transition clairement identifiées par une étude sur la mise en données des calculs, nous avons entrepris de modifier ce dernier. Pour cela, un processus d’optimisation a été développé afin de permettre la recalibration des fonctions de corrélation internes au modèle de transition. Cette nouvelle version du modèle nous permet d’obtenir des gains sur la modélisation d’environ 20 % sur les cas T106C du VKI en capturant mieux la transition au sein du bulbe de décollement. Ces précédents calculs correspondent à des cas idéaux, où l’on peut considérer les surfaces comme étant lisses. Cependant, nous avons aussi un besoin de se rapprocher de surfaces plus réalistes pour lesquelles les rugosités peuvent avoir un impact sur l’écoule- ment. En effet, les rugosités de surface peuvent notamment avoir un effet sur la transition. En particulier, si les rugosités entraînent le déclenchement de la transition en amont du point de décollement laminaire théorique en surface lisse, ce décollement sera supprimé. Vu nos efforts pour améliorer la prévision de la transition par bulbe de décollement par le modèle γ-Rθt, il parait intéressant que celui-ci puisse prendre en compte l’état des surfaces. Pour cela, nous avons implanté une méthode de prévision de la transition sur surfaces rugueuses développée par Stripf et al. au sein du modèle γ-Rθt. Enfin, l’utilisation du modèle de transition γ-Rθt a été étendue au modèle de turbulence k-l de Smith.

Les satellites d’observation de la Terre sont des senseurs qui acquièrent des données, les compressent et les mémorisent à bord, puis les vident vers le sol. Des incertitudes rendent la planification des activités au sol de plus en plus discutable car la planification est alors pessimiste et les plans largement sous-optimaux. Cette thèse détaille la conception d'une planification mixte qui permet de profiter de la réalisation des paramètres incertains à bord tout en préservant la prévisibilité de l'exécution pour les opérateurs au sol. Notre première contribution concerne le problème de planification des vidages. Un mécanisme de planification flexible a été conçu dans lequel seules les acquisitions de haute priorité sont planifiées de manière pessimiste. A bord, un algorithme adapte le plan en fonction des volumes réels, en s'assurant que le vidage des acquisitions de haute priorité est toujours garanti, et insère des nouveaux vidages si possible. Notre deuxième contribution concerne le problème de planification des acquisitions. Au sol, des contraintes contribuent à éliminer du plan de nombreuses acquisitions qui auraient pu être réalisées car les niveaux de ressources à bord sont souvent plus hauts que ceux prévus par ces contraintes. Dans un nouveau mécanisme de décision, le sol produit des plans conditionnels dans lesquels la réalisation des acquisitions de basse priorité est conditionnée par des niveaux d'énergie requis. Comparées à d'autres mécanismes de planification, ces deux approches flexibles permettent d'éviter le gaspillage des ressources et de réaliser plus d'acquisitions et de vidages tout en conservant de la prévisibilité.

The vision driving the work reported herein is to investigate the fluid-structure interac- tion (FSI) effects of the flexible laminated blades for tilt-body micro-air-vehicles (MAV) proprotors in hover and forward flight configurations. This is in order to exploit the po- tential of flexible-bladed proprotor over the rigid-bladed proprotor in the enhancement of proprotor performance during hovering and cruising at a target forward speed. For that, the FSI model taking into account the specific problems devoted to MAV-sized proprotor made of laminate composite was developed. The FSI model combines aerody- namic model adapting Blade Element Momentum (BEM) theory and structural model adapting Anisotropic Finite Element Beam (AFEM) theory. The aerodynamic model is developed to be capable of adapting in the analysis on low Reynolds number proprotors. In the structural model, the blade is modeled as an elastic beam undergoing deflections in flap, lag, and torsion to capture the coupling effects in anisotropic materials, adapts the structural analysis on proprotor blades made of laminate composite. The reliability of the developed FSI model is verified through a validation on both aerodynamic and structural models, separately, on several MAV-sized proprotors. As for a direction to the analysis on passively-adaptive proprotor blades, an optimal design on actively-adaptive proprotor was carried out. For this, a program for designing the optimum rigid blades at single-point (for either isolated cruise-point or isolated hover-point) and multiple-point (combined cruise and hover point) for proprotors have been developed. The procedures in the optimal design program employs the numerical iterative inverse design method, based upon the minimum thrust induced losses (MIL). Even if the work in this thesis was directed primarily towards the proprotor, however, the propulsion system from the motor part was not neglected since the propulsion efficiency is a crucial factor to the suc- cess of MAVs. A cheap and time-effective method of proposing the best motor from the selected commercial motors was developed, based on Taguchi’s method. The sensitivity of the total power consumption to the variation of value of each motor design variables was also studied. The benefit of the use of tip body in the blade and the effect of bending on the induced twist and on the thrust degradation, respectively, were also analyzed and identified. Finally, the systematically designed passively-adaptive composite proprotors were evaluated under steady operating conditions. Hovering and cruise propulsive performance, characterized by total power Ptotal, were compared between the rigid-bladed and flexible-bladed proprotors. As a result of the comparison, the flexible-bladed proprotor with fixed system is found to be capable of slightly enhancing the performance through the reduction in Ptotal over its optimal rigid-bladed proprotor.

Le calcul réseau (network calculus) est une théorie basée sur l’algèbre min-plus. Il offre un cadre formel de modélisation des réseaux de communication. Il a été utilisé pour certifier le réseau AFDX embarqué dans l’A380 de Airbus. Seulement, les bornes sur le délai annoncés par ces travaux de certification souffrent d’une sur-approximation dans le cas précis de l’agrégation dans un contexte de priorité statique non préemptive. L’objectif de nos travaux est de réduire cette sur-approximation. Dans cette thèse, nous proposons un service résiduel permettant d’obtenir de meilleurs bornes sur le délai dans le cas de la politique à priorité statique non préemptive et de la politique DRR. Nous montrons aussi comment ces deux politiques peuvent être combinées dans une politique hiérarchique à deux niveaux.

Dans ce mémoire, nous présentons une stratégie basée sur une approche hybride dans le domaine temporel, couplant une méthode de résolution des équations de Maxwell dans le domaine 3D (FDTD) avec une méthode de résolution des équations de ligne de transmission, afin de pouvoir simuler des problèmes électromagnétiques de grande échelle. Le mémoire donne les éléments d’hybridation pour deux cadres d’utilisation de cette approche : une approche multi-domaine et une approche multi-résolution ou d’échelle. L’approche multi-domaine est une extension de la méthode FDTD 3D à plusieurs sousdomaines reliés par des structures filaires sur lesquelles on résout une équation de lignes de transmission par un formalisme FDTD 1D. La difficulté est d’abord d’avoir une définition implicite du champ électromagnétique dans la théorie des lignes de transmission, et d’autre part de prendre en compte les effets du sol sur les courants induits au niveau des lignes et sur les champs électromagnétiques. L’approche multi-résolution ou d’échelle est conçue pour étendre les capacités de la méthode FDTD au traitement du routage de câbles complexes ayant une section plus petite que la taille de la cellule. Ce mémoire présente différentes techniques pour évaluer les paramètres de la ligne, basées sur la résolution d’un problème de Laplace 2D, ainsi qu’une méthode de couplage champs/câbles basée sur le courant de mode commun. L’ensemble de ce travail nous a permis de proposer une méthode numérique efficace pour calculer les effets électromagnétiques induits par une source (type onde plane ou dipolaire) sur des sites de grande dimension, composés de plusieurs bâtiments reliés entre eux par un réseau de câbles. Dans ce cadre une application à la foudre a été réalisée.

Depuis quelques années, les réseaux de communication déployés au sein d’aéronefs sont toujours plus vastes et plus complexes. Ces bus numériques multiplexent différents flux de données afin de limiter les câbles, mais cela induit des retards sur les transmissions. Les travaux présentés ici portent sur une approche statistique de l’évaluation des performances du pire temps de traversée d’un réseau embarqué de type AFDX. Il s’agit de définir une nouvelle approche visant à associer à un calcul pire cas, une distribution des temps de transmission des messages, en vue notamment de permettre d’apprécier le pessimisme du calcul pire cas. Les méthodes décrites sont applicables dans le cadre plus général d’un ensemble de tâches. Nous proposons trois contributions dans ces travaux. Tout d’abord, une méthode originale d’évaluation de la distribution de la durée de traversée d’un commutateur AFDX qui s’appuie sur une énumération symbolique des scénarios d’ordonnancement dans la file d’attente. Puis, un algorithme efficace de calcul des délais subis par des messages/tâches périodiques lorsque les déphasages initiaux sont connus. Les délais calculés sont exacts ainsi que la distribution de probabilité. Enfin, le calcul de la distribution des délais subis par des messages/tâches dans un cadre général, à l’aide d’une méthode statistique de type Monte Carlo. Des décalages initiaux sont tirés aléatoirement et permettent de nourrir l’algorithme précédent.

Dans le domaine aéronautique les structures sont soumises à de la fatigue sonique due aux phénomènes aéro-acoustiques. Le dimensionnement statique actuel des avions composites couvre les cas de charge en fatigue. Mais avec le besoin de toujours plus réduire la masse de l’avion et l’augmentation des connaissances dans le comportement matériau, les marges statiques vont être réduites dans un futur proche et la propagation par fatigue deviendra un enjeu majeur. Il sera donc nécessaire d’évaluer la possibilité de propagation d’un délaminage dû à une erreur de fabrication ou un impact dans une structure composite. Dans ce contexte, une méthode a été proposée pour étudier la propagation de délaminage sous chargement vibratoire. Tout d’abord, des essais de caractérisation de la propagation de délaminage sous chargement vibratoire ont été mis en place et validés pour les deux principaux modes de rupture. Les effets induits par la fréquence élevée de sollicitation, auto-échauffement induit et vitesse de chargement élevée, ont été pris en compte dans la mise au point et le traitement de ces essais. Ensuite, des outils numériques ont été développés pour permettre la simulation d’une structure délaminée sous chargement vibratoire et l’étude de la propagation du délaminage. A l’aide des approches expérimentales et numériques mises en place et des données matériau identifiées, l’analyse a pu être conduite sur un cas réel de structure aéronautique. Un essai de fatigue vibratoire sur une structure de reprise de plis a ainsi été réalisé. L’évolution du délaminage pendant l’essai est représenté de façon satisfaisante par le modèle numérique.

La conception des plateformes aéronautiques s’effectue en tenant compte des aspects fonctionnels et dysfonctionnels prévus dans les scénarios d’emploi des aéronefs qui les embarquent. Ces plateformes aéronautiques sont composées de systèmes informatiques temps réel qui doivent à la fois être précises dans leurs calculs, exactes dans l’instant de délivrance des résultats des calculs, et robustes à tout évènement pouvant compromettre le bon fonctionnement de la plateforme. Dans ce contexte, ces travaux de thèse abordent les ordonnancements temps réel tolérants aux fautes. Partant du fait que les systèmes informatiques embarqués sont perturbés par les ondes électromagnétiques des radars, notamment dans la phase d’approche des aéronefs, ces travaux proposent une modélisation des effets des ondes, dite en rafales de fautes. Après avoir exploré le comportement de l’ordonnanceur à la détection d’erreurs au sein d’une tâche, une technique de validation, reposant sur le calcul de pire temps de réponse des tâches, est présentée. Il devient alors possible d’effectuer des analyses d’ordonnançabilité sous l’hypothèse de la présence de rafales de fautes. Ainsi, cette technique de validation permet de conclure sur la faisabilité d’un ensemble de tâches en tenant compte de la durée de la rafale de fautes et de la stratégie de gestion des erreurs détectées dans les tâches. Sur la base de ces résultats, les travaux décrits montre comment envisager l’analyse au niveau système. L’idée sous-jacente est de mettre en évidence le rôle des ordonnancements temps réel tolérants aux fautes dans la gestion des données erronées causées par des perturbations extérieures au système. Ainsi, le comportement de chaque équipement est modélisé, ainsi que les flots de données échangés et la dynamique du système. Le comportement de chaque équipement est fonction de la perturbation subie, et donne lieu à l’établissement de la perturbation résultante, véritable réponse dysfonctionnelle de l’équipement à une agression extérieure.

suivi de notre développement ou encore la compréhension de l’Univers. Deux technologies de capteurs d’image sont actuellement utilisées dans les missions d’imagerie de la Terre et de l’espace : les imageurs CCD (Charge Coupled Device) et CMOS. L’environnement radiatif spatial est constitué de particules énergétiques qui dégradent les performances des imageurs. Et il s’avère que les dégradations réelles observées en vol dépendent fortement des conditions orbitales et de fonctionnement et sont donc très difficiles à prédire. L’étude menée dans le cadre de cette thèse a pour objet la compréhension des dégradations subies par les capteurs CCD et CMOS lorsqu’ils sont soumis à l’environnement radiatif spatial et la proposition de méthodes d’évaluation mieux adaptées pour obtenir une meilleure prédiction de la dégradation réelle d’un imageur en orbite à partir de tests d’irradiation réalisés au sol. La démarche entreprise a tout d’abord consisté à identifier les paramètres d’essais au sol pouvant potentiellement être à l'origine des différences observées entre les résultats sol et vol. Un plan d’essai d’irradiation aux rayons y et aux protons a ainsi été défini afin d’évaluer la dégradation des imageurs CCD et CMOS dans des conditions de fonctionnement et d’irradiation proches de celles en vol. Nous avons étudié l’impact des conditions de mise en opération du composant durant l’irradiation (polarisation, rapport cyclique, etc.) mais aussi l’impact des conditions d’irradiation (débit de dose, énergies des protons, etc.). Le périmètre de cette thèse se limite à l’étude des effets sur le courant d’obscurité, sur la dispersion pixel-à-pixel du courant d’obscurité et sur l’apparition des pixels chauds, qui sont, au premier ordre, les principaux critères de performances dégradés d’un imageur par les radiations. L’étude de l’influence du débit de dose de l’irradiation a montré un phénomène ELDRS (Enhanced Low Dose Rate Sensitivity) pour la première fois sur un capteur CCD polarisé dynamiquement avec un rapport cyclique ON/OFF. Les conditions de polarisation dynamique évaluées sur les APS ont démontré que la dégradation est d’autant plus importante que la fréquence d’activation et le rapport cyclique sont grands. Les irradiations aux protons sur les imageurs CMOS ont aussi montré l’apparition et la guérison de pixels chauds après irradiation à température ambiante ainsi que l'apparition du bruit de signal aléatoire télégraphique (RTS). Ces deux modes de dégradation ont été analysés plus en détail afin d'évaluer leur comportement en guérison pour le premier et extraire les statistiques d'apparition sur l'autre, sur un grand nombre de pixels. En parallèle, un code de simulation de l’effet de dose dans les oxydes de structures élémentaires MOS, ACDC (Accumulation des Charges en Dose Cumulée), a été adapté et utilisé. Ce code a permis de mettre en évidence les constantes de temps impliquées dans la dégradation par effets ionisants dans ces structures. Ces constantes de temps sont utilisées pour l'interprétation des effets de la polarisation dynamique. Les résultats expérimentaux obtenus sur les capteurs d’image CCD et CMOS ont un impact sur l’assurance durcissement. Les irradiations aux protons des imageurs CMOS ont notamment montré un phénomène de guérison des pixels chauds plus marqué que sur les autres pixels, montrant l'intérêt d'une caractérisation de plusieurs semaines après irradiation. Pour les irradiations au Co60 des imageurs CMOS, il est recommandé de ne pas utiliser des temps de polarisation ON trop courts (périodes de cycle petites) car cela peut conduire à une sous-estimation de la dégradation (charge piégée et états d'interface). Pour les imageurs CCDs étudiés, qui sont de même référence que celui embarqué sur la mission spatiale SPOT 5, les résultats expérimentaux en dose cumulée montrent que la méthodologie proposée qui consiste à tester les composants dans des conditions de polarisation proches de celles en vol permet de se rapprocher de la dégradation réelle en vol. La comparaison reste difficile, puisque la dégradation en vol inclut des effets ionisants et non-ionisants sur le courant d'obscurité, dont la part relative est difficile à extraire. Néanmoins, les résultats expérimentaux et les simulations numériques obtenus permettent de dégager des principes de méthode d'évaluation au sol moins pire-cas que les normes. Une comparaison à des résultats en vol permettrait de conforter ces principes.