Robots mobiles : état de l'art. Prototype de robot mobile à pattes. Modélisation de la dynamique de tout système mécanique articulé. Éléments de commande pour le déplacement.

La première partie de ce document concerne le problème de l'aide à la réutilisation de logiciels existants. On montre d'abord l'intérêt potentiel de techniques d'intelligence artificielle dans cet objectif. Une étude de système expert est réalisée, suivie de la conception d’une maquette appliquée au domaine du calcul scientifique : les connaissances sont modélisées en logique des prédicats. Dans le cadre de l'expérimentation de cette maquette, le problème des explications négatives (pourquoi ne peut-on pas conclure tel fait ?), rarement traité lorsque les connaissances sont exprimées en logique des prédicats, a été soulevé ; pourtant cette fonction est aussi importante que la résolution de problème pour un système expert. Dans la seconde partie est donc proposée une méthode de génération d'explications négatives structurées par niveaux de détails, basée sur une représentation de la résolution par un arbre ET-OU.

Cette étude est consacrée à l'évaluation d'un code de calcul aérodynamique et à son exploitation pour la prédiction du flottement d'une voilure. Ce code est basé sur la méthode des petites perturbations transsoniques et utilise le schéma numérique des directions alternées implicites. L'évaluation est réalisée en comparant les résultats de la méthode transsonique à ceux de la méthode des réseaux de doublets, toutes deux développées dans ce rapport. La méthode des petites perturbations transsoniques est exploitée avec l'approximation du premier harmonique. Tous les calculs sont effectués dans les deux régimes: quasi stationnaire et instationnaire; et, dans ce dernier cas, pour les modes de vibration: tangage et pompage. Les comparaisons effectuées entre les résultats des deux méthodes portent sur les coefficients de pression et ceux de portance. Deux voilures sont considérées dans cette étude, la voilure droite non vrillée, d'épaisseur constante, générée à partir d'un profil symétrique et la voilure en flèche avec vrillage munie de profils supercritiques. Les résultats des deux méthodes concordent dans le domaine subsonique, par contre, des différences importantes apparaissent dans le domaine supercritique. Le principe et la méthode du calcul de flottement par double balayage sont développés. Dans le cas de la voilure en flèche, les caractéristiques modales sont présentées et, après calcul des forces aérodynamiques généralisées, le calcul du flottement donne lieu au tracé des courbes décrivant l'évolution des amortissements et des fréquences des modes, en fonction de la vitesse. L'exploitation de ces courbes montre que la méthode des petites perturbations transsoniques entraine des marges plus élevées au flottement.

Un satellite se déplace dans l'ionosphère à une vitesse supérieure à la vitesse thermique des ions ambiants. Ainsi apparait derrière lui un sillage où les densités ioniques et électroniques sont particulièrement faibles. Un modèle numérique permet de montrer que sous l'effet de flux d'électrons énergiques dans les zones aurorales, une partie de la surface, isolée dans le sillage, peut atteindre un potentiel différentiel négatif de l'ordre du kilovolt. La simulation montre que la collection des ions, dérivants par rapport au satellite, est en effet rendue particulièrement difficile du fait de l'émergence d'un champ électrique dipolaire, consécutif au développement du potentiel différentiel. L'analyse d'expériences antérieures montre que dans une chambre à plasma, une population d'ions lents, générés par échange de charge entre le faisceau de plasma simulant l'ionosphère et des atomes neutres résiduels, domine généralement les courants ioniques collectés dans le sillage d'une maquette de satellite. Depuis plusieurs années, de fortes charges globales (jusqu'à 1,4 kv) ont été rapportées sur des satellites dmsp en orbite basse polaire, lors de précipitations électroniques courtes mais fortes. L'analyse de données plus détaillées, obtenues par le satellite aureol-3 dans des conditions similaires, ne montre par contre aucune charge significative, bien que certaines données restent inexpliquées.

Le travail présenté dans cette thèse est une étude à la fois théorique et pratique de la h-infini synthèse. La partie théorique met l'accent sur la formulation du problème d'optimisation h-infini, les algorithmes de calcul et les conditions de résolution. La partie présente une étude complète et réaliste de la synthèse de lois de commande pour un hélicoptère. En particulier, une première application directe de la méthode h-infini permet de mettre en évidence ses avantages (niveau de performance, traitement explicite de la robustesse vis-à-vis des dynamiques négligées et du compromis performance/robustesse) mais aussi ses faiblesses (complexité des compensateurs, caractéristiques modales médiocres, niveau de robustesse aux variations paramétriques faible). Il s'ensuit qu'une application directe et systématique de la synthèse h-infini ne fournit pas une solution réellement satisfaisante au problème posé. Afin de s'affranchir des difficultés mises en évidence lors de la synthèse directe, une méthodologie de commande mixte est finalement proposée. La structure de commande associée est composée d'une boucle interne qui réalise essentiellement une préstabilisation et un prédécouplage du système en termes de structures propres. Une boucle externe de nature h-infini vient compléter la boucle interne, gère le suivi des consignes et assure la robustesse vis-à-vis de la dynamique négligée. On montre de plus, qu'en regard des lois purement h-infini cette méthodologie de synthèse mixte permet de réduire la complexité de la loi de commande et apporte également une solution satisfaisante aux problèmes de caractère modal et paramétrique soulevés précédemment.

Ce travail porte sur l'optimisation d'un système d'imagerie (capteur d'images silicium + chaîne électronique de lecture) en vue d'applications à haute sensibilité, dans le visible et le proche infrarouge. Le faible flux reçu par le capteur se traduit par un bruit statistique Poissonnien important. A ce bruit se rajoutent les bruits propres, blancs et colorés, de la chaîne électronique d'acquisition qui fait suite au capteur. Le rôle de cette chaîne est d'extraire du signal à la sortie du capteur l'information utile en filtrant au mieux le bruit. Différentes chaînes d'acquisition ont été étudiées et comparées expérimentalement. On a pu mettre en évidence la nécessité de choisir la chaîne, suivant les caractéristiques spécifiques de bruit du capteur. Une nouvelle chaîne de lecture basée sur l'utilisation d'un filtre passe-bande commutable est proposée. Le rapport S/B à la sortie de cette chaîne est comparé théoriquement et expérimentalement avec celui des autres chaînes existantes (double intégrateur et multiple échantillonnage), elle s'avère plus avantageuse dans certains cas. Le modèle théorique de cette chaîne tient compte de l'évolution temporelle du rapport S/B à la sortie du filtre passe-bande, qui travaille en régime non stationnaire. La deuxième partie de la thèse est consacrée à l'étude et la conception de capteurs d'images à pixels actifs (ŸAPS). Deux structures photosensibles sont étudiées : la photodiode et le photoMOS. Une réalisation de trois matrices photodiode et photoMOS (32x32 éléments photosensibles, CMOS 1,2 microns) et une caractérisation complète de ces matrices a été effectuée. Les mesures (rendement quantique spectral, facteur de conversion, bruit spatial et temporel, linéarité, ...) ont permis de confirmer qu'il est possible d'utiliser la technologie CMOS pour réaliser des capteurs d'images performants destinés à l'imagerie faible flux. En particulier, il ressort de notre étude que la structure photoMOS est la mieux adaptée pour cette application.

La théorie de couche limite déficitaire est étendue aux écoulements bidimensionnels plans ou axisymétriques, laminaires hypersoniques en déséquilibre chimique et vibrationnel avec modélisation du couplage chimie/vibration pour de l'air composé de cinq espèces (N2,O2, NO, N, 0). Les solutions déficitaires et classiques sont comparées à celle de Navier-Stokes, sur différents obstacles émoussés (sphère, sphère-cône, hyperboloïde). L'impact de la singularité mathématique des équations d’Euler au point d’arrêt en gaz réactif, sur les calculs de couche limite classique et déficitaire est abordé. Cela permet d'expliquer en partie les divergences croissantes entre les solutions déficitaires et Navier-Stokes à l'arrière d'obstacles élancés. Par ailleurs un nouveau modèle de couplage entre les relaxations chimiques et vibrationnelles est développé tenant compte du caractère spécifique des réactions d’échange par rapport aux réactions de dissociation. Ce modèle appelé CVDEV stabilise la convergence numérique des calculs de couche de choc. Son aptitude à reproduire les niveaux d'émission infrarouge du NO en aval d’un choc droit est démontré par comparaison à d’autres modèles récents et à des données expérimentales. En sortie de tuyère hypersonique, la composition chimique du gaz change sous l'effet du couplage vibration/réactions d’échange. Enfin, une étude paramétrique met en évidence l'effet des différentes modélisations sur la distance de détachement du choc, le flux de chaleur et les profils de couche limite.

Les niveaux de bruit constatés, ainsi que les exigences croissantes en matière de confort acoustique dans les aéronefs, sont tels que des traitements purement passifs, notamment dans le cas des composites, sont insuffisants pour satisfaire au cahier des charges. L'étude, tant théorique qu'expérimentale, a pour objet de mettre en évidence les mécanismes existants lors du contrôle actif vibratoire de panneaux sandwichs composites en vue de réduire le champ acoustique rayonné dans un volume fermé. Pour cela, l'excitation primaire sinusoïdale est produite par une force ponctuelle, alors que les excitations secondaires, nécessaires pour le contrôle, sont ponctuelles ou distribuées. Les capteurs de contrôle sont des microphones. Les procédures sont menées a l'aide d'algorithmes de type LMS (Least Mean Square) à référence filtrée. dans le domaine temporel ou fréquentiel. Une modélisation analytique du comportement vibratoire des panneaux est réalisée. On s'intéresse en particulier à la contribution des différents modes de structure au champ rayonné avant et après contrôle, et au cheminement de l'énergie sur la structure. Les expérimentations sont conduites sur des panneaux encastrés sur les bords, rayonnant dans une pièce assourdie, pour différentes densités modales. Les comparaisons entre les résultats théoriques et expérimentaux permettent de valider le modèle et ainsi d'expliquer les phénomènes. Les performances des deux types d'actionneurs sont comparées et les limitations de la méthode sont analysées. Enfin, des améliorations de l'algorithme sont proposées afin d’éviter des problèmes pratiques de divergence ou l'influence d’une source secondaire sur la référence.

La présence de fortes hétérogénéités à l'intérieur d'un obstacle diélectrique ne permet pas la détermination de son indice de réfraction par des méthodes optiques. C'est pourquoi il est nécessaire de se placer dans le domaine de la diffraction. L'indice de réfraction est alors lié à des mesures du champ diffracté par l'équation de Helmholtz. Du point de vue mathématique, ce problème inverse est à la fois non-linéaire et mal posé, que les données soient de type champ proche ou champ lointain. L'objet de cette thèse est de proposer une méthode de résolution approchée pour ce problème inverse, à partir de données du champ proche sur une surface entourant l'obstacle. Contrairement aux problèmes de contrôle dont le but est de minimiser un critère sans pour autant se soucier de l'unicité du minimum, on se préoccupe ici de l'identification de ce minimum, et l'unicité de la solution est de ce fait essentielle. L'indice est ainsi identifiable de manière unique dans L∞(R³ ; C) à partir de la mesure du champ proche pour toute direction incidente de S². Développée dans un premier temps pour le cas de la dimension deux, la méthode doit rester applicable à la dimension trois sans que les temps de calcul ne deviennent pour autant prohibitifs. C'est pourquoi on choisit d'évaluer les sensibilités des mesures à des variations élémentaires de l'indice par une méthode d'approximation de l'EDP plutôt que par la méthode intégrale volumique (équation de Lippmann-Schwinger) habituellement utilisées dans ce type de problème. La méthode choisie inverse des matrices creuses en lieu et place des matrices pleines de la méthode intégrale. L'approximation des conditions aux limites est effectuée de manière très précise grâce à l'introduction, autour du domaine de calcul, d'un milieu fictif absorbant PML de Bérenger. L'algorithme d'inversion choisi est celui de Gauss-Newton, pour lequel on recherche une forme de stabilité en testant successivement deux régularisations de Tychonov (en norme L² et en semi-norme H¹), puis une pénalisation par une régularisée de la semi-norme BV. Cette dernière s'avère, au vu des différents cas tests étudiés, la mieux adaptée pour résoudre ce problème.

Depuis les années quatre-vingt-dix, des modèles physiques multidimensionnels des ceintures de radiation terrestres pour les protons et électrons ont été développés à l'ONERA/DESP. Les modèles 3D (latitude, distance radiale et énergie, plus le temps) et 4D (latitude, longitude, distance radiale et énergie, plus le temps) sont applicables dans la magnétosphère interne de la Terre. Au cours de ce travail de thèse, le modèle 3D pour les électrons a vu son adaptation au cas jovien. Ce modèle, Salammbô-3D, s'appuie sur la théorie des invariants adiabatiques et résout une équation de type Fokker-Planck. La distribution spatiale des électrons énergétiques (1 à 300 MeV) au cœur des ceintures de radiation joviennes (1 à 6 rayons joviens) a pu être déterminée en tenant compte de plusieurs phénomènes physiques présents dans la magnétosphère interne de Jupiter : la diffusion radiale, les pertes locales induites par les satellites naturels, l'interaction avec le système d'anneaux et les milieux denses, et le phénomène de rayonnement synchrotron. Des comparaisons entre mesures et simulations ont été entreprises pour valider le modèle. Les mesures utilisées sont d'origines satellitaires (Pioneer 10 et 11) et radio astronomiques (Very Large Array). L'exploitation des observations radio a nécessité, tout d'abord, le dépouillement de mesures effectuées à l'aide du VLA en mai 1997 et, dans un deuxième temps, le développement d'un modèle d'imagerie synchrotron permettant de produire des images synchrotron à partir des flux calculés par le code Salammbô-3D. La reproduction de l'ensemble des mesures mise à notre disposition est très satisfaisante et permet de valider le modèle dans la région interne de la magnétosphère jovienne. Le rôle important joué par les satellites naturels, les anneaux et le phénomène de rayonnement synchrotron sur la distribution spatiale des électrons relativistes est discuté.