La recherche de configurations d’aéronefs plus efficaces mène les ingénieurs à explorer de nouveaux concepts tels que l’aile volante, l’aile haubanée ou l’aile en jointive. Contrairement à la configuration classique aile-fuselage, qui est bien connue et étudiée, le comportement en vol de ces nouveaux concepts d'avion est peu connu. Dans ce contexte, la conception, la construction et les essais de modèles à l'échelle aéroélastiquement semblables se présentent comme un moyen peu risqué d'acquérir des connaissances expérimentales sur ces nouveaux concepts. Un modèle aéroélastiquement semblable présente le même comportement aéroélastique (mis à l’échelle) que l’avion de référence à échelle réelle. En général, le même comportement aéroélastique implique de reproduire les mêmes déplacements pour des conditions du flux d’air données, ainsi que les mêmes vitesses de flottement ou de divergence statique mises à l'échelle. Pour résoudre le problème de similitude, l'approche est divisée en trois parties. Dans le premier cas, nous traitons le problème de similitude aéroélastique lorsque les paramètres de similitude du flux aérodynamique peuvent être complètement préservés. Dans cette situation, le problème consiste simplement à reproduire la réponse dynamique modale de l’aile mise à l'échelle en optimisant les propriétés de la structure et de la masse. Dans la deuxième partie, nous nous concentrons sur l’optimisation du design de la forme de l’aile pour reproduire la réponse du flottement lorsque les paramètres de remise à l’échelle du flux aérodynamique ne peuvent pas être atteints.

L’objectif de la thèse est d’étudier l’influence des défauts de surface sur la transition laminaire-turbulent d'une couche limite aspirée. En effet, il est bien connu que sur paroi pleine (sans aspiration) des défauts de surface bidimensionnels (marches, rainures, ...) peuvent déclencher une transition prématurée. Cette problématique est étudiée depuis de nombreuses années à l’ONERA et a permis de mettre en place des critères performants de hauteurs de déclenchement. Pour répondre aux exigences actuelles, ces critères doivent être étendus au cas de couches limites aspirées. La jonction zone aspirée/zone pleine ne peut se faire sans une discontinuité de surface de type rainure. La thèse a pour but de concevoir, réaliser et exploiter un dispositif expérimental permettant d’étudier le déclenchement de la transition en aval de défauts de surface au sein d’une couche limite aspirée avec pour objectif d’étendre le critère existant aux parois poreuses. Cette étude expérimentale s’effectuera dans un premier temps dans une soufflerie de recherche basse vitesse, et pourra être étendue en fonction de l’avancement de la thèse, au régime transsonique

En aéroacoustique numérique, la condition aux limites d’impédance temporelle (TDIBC) peut être utilisée pour modéliser un matériau absorbant acoustique localement réactif. Elle permet de calculer l’effet d’un matériau sur le champ acoustique après une distance d’homogénéisation,ce qui s’avère suffisamment précis pour la prédiction de niveaux sonores. L’objectif général de cette thèse est d’étudier les aspects physiques, mathématiques, et numériques des TDIBC, en partant de la littérature physique.La première partie de cette thèse définit des conditions d’admissibilité pour une TDIBC non-linéaire dans la formulation impédance, admittance, et scattering. Il est ensuite montré que les modèles physiques linéaires ont des transformées de Laplace irrationnelle et admettent dans le domaine temporel une représentation oscillante-diffusive à retard, dont l’interprétation physique est donnée. L’analyse permet d’obtenir la TDIBC discrète la mieux adaptée à chaque modèle physique, par opposition à une approche universelle qui consiste à postuler un modèle discret a priori, et suggère des manières élémentaires de calculer les pôles et les poids. La formulation temporelle proposée se réduit à la composition d’un ensemble d’équations différentielles ordinaires avec une équation de transport.La principale contribution de la seconde partie est la preuve de la stabilité asymptotique d’une équation des ondes multidimensionnelle couplée à diverses classes de TDIBC admissibles,dont la transformée de Laplace est une fonction positive-réelle. La démonstration repose sur la formulation d’un problème de Cauchy abstrait sur un espace d’état étendu en utilisant une réalisation de l’impédance, qui peut être de dimension finie ou infinie. La stabilité asymptotique du semi-groupe de contraction correspondant est ensuite obtenue en vérifiant les conditions spectrales du théorème de Arendt-Batty-Lyubich-V˜u.La troisième et dernière partie de cette thèse s’intéresse à la discrétisation des équationsd’Euler linéarisées avec une TDIBC. Elle démontre l’avantage numérique à utiliser l’opérateur de scattering plutôt que les opérateurs d’impédance et d’admittance, y compris pour les TDIBC non-linéaires. Cela est effectué par une analyse d’énergie semi-discrète de l’imposition faible d’une TDIBC générique et non-linéaire dans une méthode des éléments finis de type Galerkin discontinu. En particulier, l’analyse met en évidence que la seule définition d’un modèle discretn’est pas suffisante pour complètement définir une TDIBC. Pour appuyer l’analyse, un modèle physique non-linéaire élémentaire est obtenu et ses propriétés numériques sont étudiées dans un tube à impédance. Ensuite, l’obtention d’une TDIBC retardée large bande depuis les modèles physiques de coefficients de réflexion est démontrée pour les liners acoustique à un degré de liberté.Une discrétisation d’ordre élevée de la formulation temporelle proposée, qui consiste à composer un ensemble d’équations différentielles ordinaires avec une équation de transport, est appliquée à l’étude numérique de deux conduits aéroacoustiques.

Cette thèse porte sur le couplage mécanique entre le corps solide d’une planète et son atmosphère. Nous étudions les événements géophysiques naturels et anthropiques grâce aux ondes sismiques et infrasonores. Ces phénomènes sont clés pour découvrir la structure atmosphérique de la Terre, l’intérieur de Vénus, et Mars dans son intégralité.Les formes d’ondes acoustiques et sismiques contiennent des informations importantes, à la fois sur l’événement source et sur le milieu de propagation. L’objet de ce travail est double.Premièrement, nous développons un logiciel de simulation numérique pour le système couplé sol-atmosphère. Nous nous appuyons sur les équations linéarisées de Navier-Stokes pour modéliser l’atmosphère, et sur la visco-élasto dynamique pour modéliser le sous-sol.Nous utilisons la méthode des éléments finis spectraux discontinus, permettant la simulation complète des formes d’ondes. L’implémentation est validée à l’aide de deux techniques :les solutions analytiques et manufacturées. Le logiciel permet de modéliser tous les types de couplages air-sol, et prend en compte avec précision la propagation des ondes acoustiques et sismiques. Des topographies complexes peuvent être utilisées, ainsi que des modèles atmosphériques variant latéralement. Il est donc particulièrement bien adapté à l’étude de la plupart des phénomènes géophysiques dans les atmosphères planétaires. Parmi les exemples d’événements, nous pouvons citer les ondes sismiques, les microbaroms, les explosions souterraines ou aériennes, ou encore les ondes de gravité. Deuxièmement, nous étudions de nombreux cas d’application liés à la planétologie. En vue de l’exploration de l’intérieur de Vénus, nous menons des expériences terrestres dont le but est d’étudier les infrasons induits par les séismes, et utilisons notamment des instruments sous ballons. Nous montrons qu’il est possible de déduire les propriétés et la structure du sous-sol grâce à ces ondes infrasonores. Ces ballons instrumentés permettent également de localiser les événements au sol. Ce sujet est crucial pour l’exploration planétaire, mais également pour la surveillance de la Terre depuis l’atmosphère. Enfin, nous démontrons que des infrasons sont présents dans l’atmosphère de Mars, établissant pour la première fois l’existence d’infrasons sur une autre planète. Ceci est possible grâce au sismomètre SEIS d’InSight, capable de mesurer les infimes mouvements du sol causés par le passage des infrasons.

Des véhicules aériens sans pilote (UAV) et des nanosatellites sont déployés à grande échelle dans le but de servir pour des applications industrielles et de recherche. Dans la pratique, ces petites plateformes demandent l'intégration de plusieurs antennes compactes pour différents besoins en communication, navigation, ou encore surveillance. L'intégration de ces antennes sur de telles plateformes est donc plus difficile en raison de ses petits plans de masse. L’une des solutions originales permettant de fournir des propriétés de rayonnement directives sans utiliser des grands plans de masse, repose sur la conception des sources d'Huygens. Un diagramme de rayonnement cardioïde peut, de ce fait, être réalisé en combinant deux dipôles orthogonaux électriques et magnétiques rayonnant le même champ, respectivement dans leurs plans E et H.Dans ce travail, plusieurs antennes à résonateur diélectrique (DRA) avec propriétés d’une source d'Huygens sont étudiées. Afin de générer des dipôles électriques et magnétiques équivalents, plusieurs TE modes peuvent être excités dans un résonateur diélectrique rectangulaire. De ce fait, en utilisant les nombreux degrés de liberté de leur conception, il est possible de concevoir des DRAs de tailles réduites avec des propriétés d'efficacité de rayonnement élevées et de larges bandes passantes. En d’autres termes, la fabrication additive, ou l'impression 3D, a ici été utilisée pour fabriquer les DRAs proposés. L'impression 3D ouvre la voie à de nouvelles antennes utilisant des formes complexes et des matériaux hétérogènes/anisotropes afin de contrôler, par exemple, sa bande passante et ses caractéristiques de rayonnement.Au cours de cette thèse, deux sources d'Huygens en polarisation linéaire et circulaire, et utilisant des résonateurs diélectriques empilés, ont d'abord été étudiées. La configuration empilée est ici formée par deux résonateurs avec des permittivités diélectriques isotropes différentes afin de générer une paire de dipôles électriques et magnétiques équivalents, nécessaires à l’obtention d’un rayonnement dans un demi-espace. Il est par la suite démontré qu’utiliser un diélectrique anisotrope uniaxial est une solution originale permettant de réduire le volume de ces sources d'Huygens empilées.Le diélectrique anisotrope a ainsi été conçu en structurant le matériau 3D imprimé en plusieurs cellules unitaires de sous-longueur d'onde pour obtenir un matériau dont la permittivité diélectrique effective est contrôlée par le taux de remplissage de volume de ses cellules unitaires. Afin de démontrer les possibilités offertes par l'impression 3D de céramiques anisotropes, une antenne DRA à alimentation unique et à polarisation circulaire dans la bande ISM 2.45 GHz a d'abord été conçue, imprimée et mesurée. L'anisotropie a ici été utilisée pour exciter deux modes orthogonaux avec certaines conditions de amplitude et phase, afin d'obtenir une polarisation circulaire. Enfin, une source d'Huygens compacte est conçu, utilisant un diélectrique céramique anisotrope dans la bande ISM 2.45 GHz.

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.

La croissance des services de télécommunications et l’augmentation du trafic de données à l’échelle mondiale favorise le développement et l’intégration de différents réseaux de transmission de données. Un exemple de ce développement est constitué par les réseaux de fibres optiques, qui sont actuellement chargés d’interconnecter les continents par des liaisons longues avec des taux de transfert importants. Les réseaux optiques, ainsi que les réseaux supportés par d’autres moyens de transmission, utilisent des signaux électriques à certaines fréquences pour la synchronisation des éléments du réseau. La qualité de ces signaux est un facteur décisif dans la performance globale du système, c’est pourquoi leur bruit de phase doit être aussi faible que possible.Ce document décrit la conception et la mise en œuvre d’un système optoélectronique pour la génération de signaux micro-ondes à l’aide de diodes laser à cavité verticale (VCSEL) et son intégration dans un système de transmission optique de données. Compte tenu du fait que le système proposé intègre un laser VCSEL directement modulé, une caractérisation théorique et expérimentale a été élaborée sur la base des équations d’évolution du laser, de mesures dynamiques et statiques, et d’un modèle électrique équivalent de la région active. Cette méthode a permis l’extraction de certains paramètres intrinsèques du VCSEL, ainsi que la validation et la simulation de ses performances dans différentes conditions de modulation.Le VCSEL utilisé émet en bande C et a été sélectionné en considérant que cette bande est couramment utilisée dans les liaisons à longue distance.Le système proposé est constitué d’une boucle fermée qui déclenche l’oscillation grâce aux sources de bruit des composants et module le VCSEL en fort signal pour générer des impulsions optiques (gain switching). Ces impulsions optiques, qui dans le domaine des fréquences correspondent à un peigne de fréquences optiques, sont détectées pour générer simultanément une fréquence fondamentale (déterminée par un filtre passe-bande) et plusieurs harmoniques.Le bruit de phase mesuré à10 kHz de la porteuse à1,25 GHz est de -127,8 dBc/Hz, et constitue la valeur la plus faible signalée dans la littérature pour cette fréquence et cette architecture.La gigue et la largeur d’impulsion optique ont été déterminées lorsque différentes cavités résonantes et différents courants de polarisation étaient utilisés.

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.

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.

Au cours de ces dernières années les applications des systèmes de navigation par satellites se sont beaucoup diversifiées, et le système Galileo doit tenir compte de ce grand nombre d'applications. Parmi toutes ces applications, la navigation en milieu urbain semble être l'une des plus importante. L'environnement urbain est caractérisé par d'importants angles de masquage et la présence d'un grand nombre d'obstacles qui produisent des trajets multiples. Un modèle de la propagation des ondes dans l'environnement considéré est donc nécessaire. Une méthode déterministe, basée sur l'optique géométrique, a été choisie. Afin de calibrer les simulations réalisées avec cet outil, des mesures sur la visibilité du système GPS dans différents environnements ont été réalisées et comparées avec les résultats obtenus avec notre outil de simulation. Les conditions contraignantes du milieu urbain ne rendent pas toujours possible le calcul de la position de l'usager avec le degré de précision désiré. Il est donc nécessaire de considérer des méthodes qui permettront d'améliorer les performances du système.