La propulsion spatiale hybride est marquée depuis ces dernières années par un véritable renouveau en réponse à une intensification des contraintes opératoires et des besoins en performances. Les avantages propres à cette technologie en font à titre d'exemple un parfait candidat dans le cadre de missions nécessitant une modulation de la poussée ou une série d'extinction-réallumage. Cependant, les combustibles actuels tels que le PBHT sont caractérisés par des vitesses de régression très inférieures à celles atteintes par les propergols solides. Dans ce cadre, une étude a été proposée afin d'évaluer les différents moyens d'accroître les niveaux de régression. De premiers essais sur propulseur à échelle réduite ont montré qu'une nouvelle classe de combustibles, connus sous le nom de "combustible liquéfiables ", offre des vitesses 4 à 5 fois supérieures aux niveaux habituellement rencontrés. Un travail de modélisation analytique a été entrepris afin de dégager une loi de régression adaptée au mode de dégradation de ces matériaux, notamment en raison du processus d'atomisation. L'originalité de ce travail repose sur la confrontation de ce modèle à un ensemble de données expérimentales recueillies sur un montage conçu spécifiquement pour cette étude : le banc HYCARRE.

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.

Cette thèse présente l'étude de la mesure de la concentration de vapeur de carburant autour de gouttes en évaporation dans un jet de gouttelettes mono-dispersés et dans un brouillard au moyen de la technique par Absorption InfraRouge (AIR). L'étude bibliographique montre les limitations de la méthode utilisant la Fluorescence Induite par Laser (FIL) pour mesurer les concentrations de vapeur de carburant dans ces configurations. En raison de ces difficultés aucune quantification complète de l'évaporation dans un jet de gouttelettes en interaction ne peut être obtenue en utilisant cette technique. L'objectif de cette thèse est d'évaluer les possibilités quantitatives de la méthode AIR comme technique complémentaire ou alternative à la méthode FIL. Les moyens expérimentaux et les post-traitements des données développées pour cette recherche sont présentés. Une simulation numérique simplifiée du processus d'absorption dans un jet de gouttelettes est développée pour permettre des comparaisons avec les résultats expérimentaux. Les capacités de la méthode AIR à quantifier le champ de vapeur dans un jet de gouttelettes mono-dispersés d'acétone et dans un brouillard de n-octane sont évaluées par comparaisons aux résultats d'expérience et de simulations numériques publiés. Les perspectives de développement de la méthode AIR pour quantifier la concentration de vapeur autour de gouttelettes sont discutées.

Cette thèse se situe dans la continuité de la collaboration entre le CNES et l’ONERA DCSD sur le pilotage des lanceurs et concerne plus particulièrement le développement de méthodologies propres au pilotage des lanceurs réutilisables (RLV), en particulier dans leur phase de rentrée atmosphérique. Une première étape concerne la modélisation du lanceur adaptée au pilotage en phase de rentrée. Cette étape doit s'appuyer sur l'analyse des besoins, spécificités et objectifs de la commande en phase de rentrée d'un RLV et déboucher sur un modèle générique de complexité compatible avec le développement de lois de pilotage. Cette étape de modélisation répond aux questions telles que l'importance et la localisation des non-linéarités, des incertitudes sur les paramètres lanceur et atmosphériques, du domaine de variation des paramètres au cours du vol et de l'importance des couplages entre les 3 axes. La seconde partie de la thèse, qui constitue la contribution principale de ces travaux, porte sur le développement de méthodologies adaptées au pilotage de cette phase du vol du lanceur. Cette méthodologie s'appuie notamment sur des problèmes de synthèse Hinfini par sensibilité en accélération (Hinfini-SOTAS). Ces formes standard SOTAS sont des solutions du problème inverse Hinfini associé à un système du second ordre généralisé et à un contrôleur par placement de structures propres découplant. Diverses extensions de ces formes standards sont proposées afin de permettre la prise en compte de critères additionnels pendant la synthèse. La méthodologie proposée et ses propriétés sont illustrées par des exemples académiques et de la dynamique latérale d'un avion de transport. Elle est finalement validée par l'application à un véhicule de rentrée atmosphérique réalisée au cours de la thèse.

Les écoulements de convection naturelle rencontrés dans la majorité des situations d’intérêt industriel se produisent généralement en régime fortement instationnaire ou faiblement turbulent. La maîtrise des transferts thermiques assurés par ces écoulements de convection en enceintes confinées nécessite de disposer de capacités prévisionnelles reposant sur des outils numériques adaptés. Les approches expérimentale et numérique s’avèrent alors complémentaires, en particulier quand il s’agit de quantifier la capacité des outils de simulation à prédire la nature et l’origine des instabilités pouvant se produire à nombres de Rayleigh suffisamment élevés. L’objectif de cette thèse est de caractériser par voies expérimentale et numérique les instabilités dites thermoconvectives se développant autour d’un barreau carré chauffé et positionné au centre d’une cavité parallélépipédique refroidie en parties haute et basse. L’analyse des résultats numériques révèle un régime d’écoulement intrinsèquement tridimensionnel, transitionnel au nombre de Rayleigh considéré et fortement non linéaire. Le mécanisme générateur des instabilités repose sur l’interaction entre le développement de cellules convectives longitudinales et une organisation cellulaire de type Rayleigh-Bénard d’axe perpendiculaire au barreau. Cette compétition crée temporairement des structures de type crochet issues de la rupture des cellules perpendiculaires par formation de cellules convectives longitudinales. Ces configurations instables résultent localement en un basculement des structures longitudinales dont l’observation dans un plan de coupe transverse coïncide parfaitement avec les mesures dynamiques expérimentales.

Alors que la simulation aux grandes échelles (L.E.S.) des écoulements monophasiques est largement répandue même dans le monde industriel, ce n'est pas le cas pour la L.E.S. d'écoulements diphasiques avec interface (c'est-à-dire d'écoulements où les deux phases liquide et gazeuse sont séparées par une interface). La difficulté majeure réside dans le développement de modèles de sous-maille adaptés au caractère diphasique de l'écoulement. Le but de ce travail est de générer une base D.N.S. dans le cadre d'écoulements diphasiques turbulents avec interface pour comprendre les interactions entre les petites échelles turbulentes et l'interface. Les différents termes sous-maille proviendront d'une analyse a priori de cette base D.N.S. Pour mener à bien ce travail, différentes techniques numériques sont testées et comparées dans le cadre de configurations turbulentes où de grandes déformations interfaciales apparaissent. Puis, l'interaction interface/turbulence est étudiée dans le cadre où les deux phases, séparées par une interface largement déformée, sont résolues par une approche D.N.S. La configuration retenue est l'interaction entre une nappe initialement plane et une T.H.I. libre. Les rapports de densités et de viscosltés sont fixés à 1 pour se concentrer sur l'effet du coefficient de tension de surface. Une étude paramétrique sur le nombre de Weber est menée. Finalement, un filtrage a priori de la base D.N.S. est réalisé et les termes sous-maille qui en découlent sont comparés les uns aux autres.

La compréhension de notre environnement nécessite l’étude de phénomènes radiatifs à l’interface surface atmosphère. Ces échanges d’énergie sont analysés à différents niveaux d’échelle suivant la résolution spatiale du capteur. Cette thèse traite du domaine spectral infrarouge (3-14μm) et s’intéresse aux milieux urbains caractérisés par une forte variabilité spatiale. L’objectif est de caractériser les propriétés optiques (réflectance et émissivité) et les températures de surface à partir de mesures directionnelles et spectrales. Pour cela, une première étape a consisté à modéliser le signal en décrivant chacune de ses composantes radiatives. Un modèle de transfert radiatif, TITAN, a donc été développé. Ce modèle permet également de quantifier les effets directionnels de chacune des composantes du signal. Il a été validé par intercomparaison avec d’autres codes de transfert radiatifs. La suite des travaux s’est portée sur l’analyse de l’agrégation lors d’un changement d’échelle spatiale afin de relier les paramètres de surface définis localement aux valeurs équivalentes déduites des mesures capteurs. Une analyse phénoménologique du modèle d’agrégation a été réalisée à l’aide de plans d’expérience afin d’étudier l’influence de chaque facteur d’entrée du modèle sur les paramètres équivalents. Enfin, la dernière étape s’est attachée à inverser le modèle d’agrégation, i.e. à désagréger, dans le but de retrouver les paramètres intrinsèques des surfaces à partir de données hyperspectrales multi-angulaires. Du fait de la non linéarité de nos équations d’agrégation, notre méthode de désagrégation est basée sur la méthode des moindres carrés optimisée par l’algorithme de Gauss-Newton. Une analyse de sensibilité a permis de fixer les contraintes et les conditions d’applications de notre méthode, comme par exemple la nécessité de connaître la répartition des surfaces avec une précision de 1m. Ainsi, les résultats de ces travaux pourront être utilisés dans les études des îlots de chaleur urbains pour une meilleure estimation des températures de surface.

Ce travail porte sur la programmation de systèmes de Contrôle-Commande. Ces systèmes sont constitués d'une boucle de contrôle qui acquiert l'état actuel du système par des capteurs, exécute des algorithmes de contrôle à partir de ces données et calcule les commandes à appliquer sur les actionneurs du système dans le but de réguler son état et d'accomplir une mission donnée. Ces systèmes sont critiques, leur implantation doit donc être déterministe, sur le plan fonctionnel (produire les bonnes sorties en réponse aux entrées) mais aussi sur le plan temporel (produire les données aux bonnes dates). Nous définissons un langage de description d'architecture logicielle temps réel et son compilateur pour programmer de tels systèmes. Il permet d'assembler les composants fonctionnels d'un système multirythme avec une sémantique formelle synchrone. Un programme consiste en un ensemble d'opérations importées, reliées par des dépendances de données. Des contraintes de périodicité ou d'échéance peuvent être spécifiées sur les opérations et un ensemble réduit d'opérateurs de transition de rythme permet de décrire de manière précise et non ambiguë des schémas de communication entre opérations de périodes différentes. Des analyses statiques assurent que la sémantique d'un programme est bien définie. Un programme correct est ensuite compilé en un ensemble de tâches temps réel concurrentes implantées sous forme de threads C communicants. Le code généré préserve la sémantique du programme original et s'exécute à l'aide d'un Système d'Exploitation Temps Réel standard disposant de la politique d'ordonnancement EDF.

Pour les organismes nationaux et/ou internationaux, disposer d’un moyen de communication flexible et rapidement déployable sur une zone de service étendue représente un enjeu majeur. Pour assurer la sécurité des personnes dans des zones parfois difficiles d’accès, il est également important de posséder une infrastructure de communication qui fonctionne même en présence de brouilleurs. Un système satellite disposant d’une antenne réseau à rayonnement direct (DRA) associée à un formateur de faisceaux numérique (DBFN) et à un algorithme d’allocation de la ressource temps-fréquence-position permet d’atteindre ces objectifs, en réalisant un accès multiple à répartition spatiale (SDMA). Le SDMA est le couplage d’une allocation flexible de la ressource et de la formation de faisceaux adaptative. Compte tenu des contraintes spatiales, l’utilisation de traitements à faible complexité et faible support d’entraînement est nécessaire pour la mise en place d’une stratégie SDMA afin de permettre une utilisation efficace de la ressource en fréquence. Les conditions d'utilisation de tels algorithmes de formation de faisceaux requis dans le SDMA sont déterminées en fonction du contexte opérationnel rencontré. La quantification des bénéfices apportés par le SDMA montre qu’en temps de paix l’efficacité spectrale, et donc le débit des liens sont augmentés, et qu’en présence de brouilleurs, le maintien d’une partie des communications est réalisé.