Cette étude fait partie d'un projet commun CNES-ONERA dédié à la recherche sur les ergols verts pour la propulsion spatiale. La plupart des systèmes de contrôle d’attitude et d’orbite utilisent la décomposition catalytique de l’hydrazine, ce qui entraîne des problèmes de lits catalytiques et des contraintes de manipulation de l’hydrazine. Le CNES a proposé une nouvelle famille de monergol vert à base de liquides ioniques énergétiques. Ces HPGM (High Performance Green Monopropellant) proposent un système propulsif plus performant et moins toxique. L’objectif final du projet est d’initier thermiquement la décomposition liquide ionique énergétique afin d’éliminer les catalyseurs. L’objectif de la thèse est de caractériser l’allumage et la combustion de ces produits innovants. Ce travail présente dans un premier temps une approche expérimentale pour observer la décomposition de HPGM à l’aide de deux montages expérimentaux. Un montage de goutte isolée a permis la détection d’une pression seuil d’allumage pour les monergols d’étude, mais également une première approximation de la vitesse de régression. La réalisation d’un second montage en gouttière a étendu la gamme de pression pour cette mesure, tout en réduisant l’incertitude. Finalement, un modèle numérique a été proposé pour représenter la vitesse de régression des monergols d’étude et leur combustion en spray.

Il existe un intérêt croissant pour la mise en œuvre d'outils permettant de monitorer les performances cognitives en environnement réaliste.Les avancées technologiques récentes ont permis la mise en oeuvre de dispositifs de monitoring portables, tels que l'électroencéphalogramme (EEG), la spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge proche (fNIRS), l'eye tracking et l'électro-cardiogramme (ECG), afin d'étudier l'activité humaine dans une variété de configurations. Ces capteurs offrent d'intéressantes perspectives pour l'aviation via l’implémentation de systèmes d'interfaces cerveau-ordinateur passives et de technologie neuroadaptive assurant une exploitation plus sûre et plus efficace. Cependant, un problème critique consiste à extraire des marqueurs de la performance humaine pertinents et robustes pour la classification et pouvant être calculés en ligne. Ce doctorat a pour but d'évaluer les métriques de connectivité permettant de monitorer les performances cognitives. Nos travaux expérimentaux suggèrent que les métriques de connectivité en fNIRS (en particulier la cohérence en ondelettes) surpassent les métriques classiques lors de l'estimation de l'engagement dans un simulateur de vol réaliste ou de la fatigue dans des conditions réelles de vol. Nous avons ensuite mis en œuvre une nouvelle méthode, à savoir le compte de coïncidence retardée, pour évaluer la synchronie cardiaque dans un contexte d'hyperscanning. Les résultats ont révélés que cette métrique de connectivité était efficace pour détecter la coopération entre des coéquipiers face à une tâches exigeantes. De plus, les données EEG ont permis de classer la charge de travail et les niveaux de coopération que ce soit en utilisant les métriques issues d'un unique opérateur ou bien les données combinées des deux coéquipiers.

Le bruit environnemental a des effets bien connus sur l’humain. A court terme, il peut être source de stress, de fatigue, ou de déconcentration. Pour autant, la littérature montre des effets complexes, il peut par exemple être source de plaisir et de motivation. Dans le domaine de l’acoustique hélicoptère, le bruit en cabine est particulier parce qu’il possède une large gamme de fréquence (10-10000Hz). Le bruit de la boîte de transmission principale est particulièrement désagréable parce qu'il s'agit d'un bruit de type tonal dans des gammes de fréquences (500-3000 Hz) proches de la parole (200-6000Hz) auxquelles l’humain est très sensible. Les passagers émettent le désir de pouvoir travailler, lire et se reposer sans être gêné, ainsi, un enjeu pour les constructeurs consiste à améliorer le confort sonore en cabine. Pour réduire ce bruit, une solution est d’utiliser le contrôle actif. Airbus Helicopters a développé un système d’appui-tête intégrant des haut-parleurs et des microphones permettant de générer une zone autour de la tête des passagers dans laquelle le contrôle actif est réalisé. L’ajout d’un algorithme multi-tonalité, visant à filtrer uniquement les tonalités émergeantes, permet un gain allant jusqu’à 4 dB(A), ce qui représente une réduction de l’inconfort de 15%. L’objectif de cette thèse était de définir s’il est pertinent de filtrer toutes ces tonalités en fonction de l’activité courante du passager. Autrement dit, cette thèse visait à mieux cerner l’impact de différents bruits de cabine d’hélicoptère sur les performances cognitives et le confort des passagers, grâce à des mesures subjectives, comportementales (performance, oculométrie) et psychophysiologiques (électroencéphalographie, électrocardiographie). Afin de simuler l’activité d’un passager, trois tâches ont été sélectionnées : une tâche de « travail » (combinant calcul mental, raisonnement et mémoire de travail), une tâche de lecture et enfin une tâche de repos. Les résultats ont été comparés avec ceux obtenus par l’échelle de confort acoustique développée par Airbus Helicopters. Nous retrouvons une bonne correspondance entre cette échelle et nos résultats. Par ailleurs, nos résultats comportementaux et psychophysiologiques font apparaitre qu’une exposition courte aux sons d’hélicoptères n’a généralement que très peu d’effets délétères sur les performances aux tâches et ne crée qu’une faible augmentation du niveau de stress, observable par l’activité cérébrale et cardiaque. Cependant, le ressenti subjectif est le plus impacté par le bruit, avec un ressenti négatif associé aux bruits ayant le plus de tonalités.

Ce travail porte sur la modélisation pour la simulation et la prédiction des paramètres de performance des photodiodes à avalanche polarisée en mode Geiger en technologie CMOS, ou SPADs CMOS, pour Lidars spatiaux. Ce travail de thèse vise à développer une méthodologie basée sur : des modèles de la physique du semi-conducteur, des mesures fournissant des informations sur le procédé technologique visé et des outils commerciaux de simulation. Ceci, dans le but de simuler les paramètres de performance des SPADs en se rapprochant autant que possible de la réalité du procédé technologique afin d’améliorer les prédictions. Des SPADs ont été conçues et caractérisées de manière à acquérir les paramètres de performances et les confronter aux résultats de simulation pour valider notre approche.De plus, la conception des SPADs s’est faite en regard des spécifications Lidar du CNES et d’Airbus Defence and Space en vue d’obtenir des structures permettant d’améliorer nos connaissances en matière de : compréhension des mécanismes physiques, conception et méthode de caractérisation des SPADs CMOS. Ceci, dans l’intention d’étudier la possibilité d’intégrer ces détecteurs dans leurs futurs systèmes Lidars spatiaux.

L’activité de pilotage implique une étroite collaboration entre les pilotes. En effet,même si ceux-ci partagent un espace co-localisé, leur besoin en matière de conscience mutuelle correspond davantage à une collaboration à distance. Compte tenu de la séparation des tâches, ils doivent agir et regarder dans des directions parfois opposées tout en assurant une bonne coordination de l'activité globale. La parole, l’expressivité gestuelle et la disposition des contrôleurs physiques sont des moyens importants pour transmettre les informations utiles à la conscience mutuelle de la situation au sein du poste de pilotage.Cependant, dans les postes de pilotage des avions de ligne, les écrans tactiles sont en train progressivement de remplacer les contrôleurs physiques. Malgré les nombreux avantages des interactions tactiles et des affichages dynamiques, cela génère un problème dans le partage des informations transmises par les gestes entre les deux pilotes. Les gestes sont à la fois moins perceptibles et moins compréhensibles. L’objectif de ce travail de thèse est de combler ce déficit d'information en proposant un moyen de représenter, à même l'interface numérique tactile, les bonnes propriétés des gestes physiques, et ceci afin de préserver la capacité des pilotes à se coordonner.Pour cela, nous proposons la conception d’un système de représentation graphique permettant de suppléer les gestes effectués par les pilotes sur l'interface tactile. A partir de la littérature spécialisée et d’une analyse de l’activité gestuelle, nous avons identifié neuf informations produites par les gestes physiques et qui doivent idéalement être reproduite dans l'interaction avec l'interface numérique tactile. En complément, nous avons mené un état de l’art sur les représentations des gestes. Nous proposons une représentation iconique et abstraite en rupture avec les représentations basées sur la morphologie de la main. Des représentations ont été conçues et évaluées par des pilotes lors d’ateliers participatifs. Notre travail montre une nouvelle manière de représenter les gestes et permet d’identifier les informations recherchées par les pilotes afin qu'ils soient en capacité d'assurer leur conscience mutuelle. Par ailleurs, il apparait que les représentations des gestes ont des statuts d’importances différentes selon la situation, allant parfois jusqu’à être inutiles.

La performance des réseaux sans fil où les utilisateurs partagent l'air comme moyen de communication est fortement limitée par le phénomène d'interférence électromagnétique. En effet, deux utilisateurs proches qui communiquent sur la même fréquence verront leurs ondes interférer, ce qui peut entraîner la perte de l'information transmise. Ainsi, il est indispensable de mettre en place des protocoles d'accès visant à limiter l'interférence en choisissant de manière efficace les utilisateurs autorisés à émettre à chaque instant. D'un point de vue scientifique, il s'agit d'un problème difficile qui a attiré l'attention de la communauté en informatique et probabilités appliquées depuis plus de 30 ans. Récemment, une nouvelle classe de protocoles d'accès - appelés protocoles CSMA adaptatifs - a émergé, et semble très prometteuse : par exemple, il a été montré que ces nouveaux protocoles possèdent une propriété très attrayante de stabilité maximale. Le but de ce projet est d'approfondir la connaissance que l'on a des protocoles CSMA adaptatifs dits QB (pour l'anglais "Queue-Based") qui à ce jour est encore extrêmement limitée. Concernant ces protocoles, le but de ce projet est de prouver des résultats théoriques permettant de comprendre le compromis réalisable entre débit et délai. Modèle probabiliste - d'un point de vue technique, il s'agit d'étudier le modèle suivant: chaque utilisateur du réseau est représenté par le nœud d'un graphe G, appelé graphe d'interférence, et tel que deux voisins du graphe ne peuvent être actifs simultanément. Des paquets à transmettre arrivent à chaque nœud au cours du temps, et le but est de choisir quels nœuds sont actifs à un moment donné. Le protocole CSMA-QB répond à cette question de la manière suivante : lorsqu'un nœud est actif, il se désactive à taux constant et lorsqu'il est inactif et qu'aucun de ses voisins ne le bloquent, alors il s'active à un taux qui dépend du nombre de paquets en attente de transmission via une fonction ψ appelée fonction d'activation. Le but général de la thèse est de comprendre l'influence de la topologie de G et du choix de ψ sur la performance du protocole. Pour cela, il s'agira d'étudier le temps de mélange de la dynamique de Glauber ainsi qu'un phénomène classique en théorie des probabilités, appelé phénomène de moyennisation stochastique, qui permettent une compréhension fine du comportement dynamique du réseau.

L’objectif de cette thèse était le développement de modèles SET (Single Event Transient) et TID (Total Ionizing Dose) pour les MOSFETs de technologies fortement intégrées, reposant notamment sur la technologie SOI. Ces modèles devaient respecter les standards de la modélisation compacte afin d’assurer leur utilisation dans les simulateurs de circuits SPICE (ELDO, SPECTRE, PSPICE …) tout en assurant la justesse du contenu physique. Le langage d’implémentation est alors le Verilog-A. En 1A, l’investigation physique des SET a été effectuée à l’aide de simulations TCAD. Cette tâche a supporté le développement d’un premier modèle physique SET (validé par la TCAD) adapté aux technologies BULK.En 2A, le modèle physique a été rendu compact et implémenté en Verilog-A. Ce travail a nécessité le développement d’une méthode d’implémentation faisant appel à la considération d’un circuit électrique équivalent au phénomène SET. Le modèle ainsi implémenté en SPICE a été capable de prédire l’occurrence de SEUs (Single Event Upset) dans les mémoires et des erreurs plus fonctionnelles dans les registres à décalage. En parallèle, l’investigation physique du TID a été effectuée à l’aide simulations TCAD. Par ailleurs, les effets TID ont été modélisés et implémentés dans le modèle standard compact LETI – UTSOI décrivant le fonctionnement des transistors FDSOI. Le modèle a été validé à l’aide de simulations TCAD et a été utilisé pour extraire les paramètres TID sur des MOSFETs FDSOI irradiés au CEA/DAM.En 3A, un modèle compact SET pour technologies fortement intégrées (reposant sur la technologie SOI) a été développé. Ce modèle prend en compte l’amplification bipolaire inhérente à ce type de structure ainsi que la morphologie 3D de la charge générée par la particule ionisante. Des validations TCAD de ce modèle ont été effectuées. Par ailleurs, ce modèle SET a été interfacé avec le simulateur multi-physiques MUSCA SEP3 afin d’estimer le risque SEE sur des matrices mémoires FDSOI. L’apport du modèle SET a été mis en évidence dans la fiabilité de cette estimation.

Afin de simplifier la gestion des ressources humaines et de réduire les coûts d’exploitation, certaines tours de contrôle sont désormais conçues pour ne pas être implantées directement sur l’aéroport. Ce concept, connu sous le nom de tour de contrôle distante (remote tower), offre un contexte de travail “digital” : la vue sur les pistes est diffusée via des caméras situées sur le terrain distant. Ce concept pourrait également être étendu au contrôle simultanés de plusieurs aéroports à partir d’une seule salle de contrôle, par un contrôleur seul (tour de contrôle distante multiple). Ces notions nouvelles offrent aux concepteurs la possibilité de développer des formes d’interaction novatrices. Cependant, la plupart des augmentations actuelles reposent sur la vue, qui est largement utilisée et, par conséquent, parfois surchargée.Nous nous sommes ainsi concentrés sur la conception et l’évaluation de nouvelles techniques d’interaction faisant appel aux sens non visuels, plus particulièrement l’ouïe, le toucher et la proprioception. Deux campagnes expérimentales ont été menées. Durant les processus de conception, nous avons identifié, avec l’aide d’experts du domaine, certaines situations pertinentes pour les contrôleurs aériens en raison de leur criticité: a) la mauvaise visibilité (brouillard épais,perte de signal vidéo), b) les mouvements non autorisés au sol (lorsque les pilotes déplacent leur appareil sans y avoir été préalablement autorisés), c) l’incursion de piste (lorsqu’un avion traverse le point d’attente afin d’entrer sur la piste alors qu’un autre, simultanément, s’apprête à atterrir) et d) le cas des communications radio simultanées provenant de plusieurs aéroports distants. La première campagne expérimentale visait à quantifier la contribution d’une technique d’interaction basée sur le son spatial, l’interaction kinesthésique et des stimuli vibrotactiles, afin de proposer une solution au cas de perte de visibilité sur le terrain contrôlé. L’objectif était d’améliorer la perception de contrôleurs et d’accroître le niveau général de sécurité, en leur offrant un moyen différent pour localiser les appareils. 22 contrôleurs ont été impliqués dans une tâche de laboratoire en environnement simulé. Des résultats objectifs et subjectifs ont montré une précision significativement plus élevée en cas de visibilité dégradée lorsque la modalité d’interaction testée était activée. Parallèlement, les temps de réponse étaient significativement plus longs relativement courts par rapport à la temporalité de la tâche. L’objectif de la seconde campagne expérimentale, quant à elle, était d’évaluer 3 autres modalités d’interaction visant à proposer des solutions à 3 autres situations critiques : les mouvements non autorisés au sol,les incursions de piste et les appels provenant d’un aéroport secondaire contrôlé. Le son spatial interactif, la stimulation tactile et les mouvements du corps ont été pris en compte pour la conception de 3 autres techniques interactives. 16contrôleurs aériens ont participé à une expérience écologique dans laquelle ils ont contrôlé 1 ou 2 aéroport(s), avec ou sans augmentation. Les résultats comportementaux ont montré une augmentation significative de la performance globale des participants lorsque les modalités d’augmentation étaient activées pour un seul aéroport. La première campagne a été la première étape dans le développement d’une nouvelle technique d’interaction qui utilise le son interactif comme moyen de localisation lorsque la vue seule ne suffit pas. Ces deux campagnes ont constitué les premières étapes de la prise en compte des augmentations multimodales non visuelles dans les contextes des tours de contrôles déportées Simples et Multiples.

Bien que le PMMA possède des bonnes propriétés mécanique et optique, sa fragilité devient un des problèmes à prendre en compte quand on l’utilise. Une méthode consistant à mélanger des nanoparticules de caoutchouc au PMMA a été montrée comme améliorant la résistance àla rupture et aux impacts du matériau composite obtenu. Ce mélange est nommé RT-PPMA(pour rubber toughened PMMA). Lors de cette étude, une classe de RT-PMMA commercial,appelée PMMA Resist est considérée. De manière plus spécifique, la réponse de trois nuances de RT-PMMA différant par leur concentration en particules de caoutchouc est étudiée.La caractérisation thermomécanique consistant en des tests de traction, compression et du cisaillement -compression a été menée sur les trois nuances de RT-PMMA à différentes vitesses de déformation et températures. Les vitesses de déformation s’étalaient entre 10-5s-1et 1200s-1, et les températures étaient comprises entre -50°C et 70°C. Comme attendu,la réponse des nuances de RT-PMMA montre la forte dépendance à la vitesse de déformation,la température et la concentration en particule de caoutchouc. En outre, la sensibilité au blanchiment sous contrainte (stress-whitening) induit par micro-craquelure (crazing) vs.décohésion particule/matrice dépend également des trois paramètres cités précédemment. De plus, une structure complexe de bande de cisaillement est observée sur les nuances de RTPMMA lors de la compression dynamique et du chargement en cisaillement-compression.La capacité d’arrêt de fissures de la classe de RT-PMMA à l’étude a été menée en réalisant des essais d'impact de type Kalthoff and Winkler (KW)-. La vitesse de projectile est comprise entre 50 m/s et 100 m/s. Des plaques avec deux entailles qui servent comme pré-fissures ont été utilisés lors des essais de choc. L’interaction du projectile avec l’échantillon a été enregistré avec une caméra ultra rapide de 105 à 106 images par seconde. L'examen postmortem de la microstructure a été observé en utilisant la microscopie électronique à balayage(SEM). La résistance aux chocs de RT-PMMA dépend fortement de la concentration de particules de caoutchouc. En particulier, une concentration plus élevée de particules en caoutchouc aide à ralentir la fissure et ainsi augmenter la capacité d’arrêt de fissures du matériau structural. Les particules de caoutchouc gênent la propagation de fissures et le blanchiment sous contrainte apparaît le long du chemin de propagation de fissures.Une première tentative de modélisation constitutive pour les trois nuances de RT-PMMA a été réalisée en se basant sur le travail fait par Arruda et Boyce (1995). Les modèles dépendant de la vitesse et de la température ont été calibres en considérant les résultats expérimentaux et la dépendance de quelques paramètres a la concentration de particules en caoutchouc et au trajet de chargement est mise en évidence. Les modèles doivent encore être unifies.

Dans de nombreuses applications, aucun modèle physique du système n'est disponible, il s'agit alors de contrôler le système à partir de mesures entrées-sorties. Deux types d'approches sont envisageables : identifier un modèle du système puis l'utiliser afin de synthétiser un contrôleur, ce sont les méthodes indirectes, ou identifier le contrôleur directement à partir des données du système, ce sont les méthodes directes. Cette thèse se concentre sur les méthodes directes : l'objectif du travail présenté est de mettre en place une nouvelle méthode directe basée sur des données fréquentielles du système à contrôler. Après un tour d’horizon des méthodes indirectes existantes la méthode proposée est introduite. Il s’agit de résoudre un problème de suivi de modèle de référence : le problème d’identification est déporté du système vers le contrôleur. Dans ce cadre, deux techniques d’identification sont considérées dans cette thèse : l’interpolation de Loewner et l’approche des sous-espaces. De plus, les instabilités du système sont estimées en projetant les données fréquentielles disponibles. Cela permet de connaître les limites en performances du système et, par conséquent, de choisir des spécifications atteignables. Enfin, une analyse de la stabilité en boucle fermée permet d’obtenir un contrôleur stabilisant d’ordre réduit. Tout au long de ce travail, les différentes étapes de la méthode sont appliquées progressivement sur des exemples numériques. Pour finir, la méthode proposée est appliquée sur deux systèmes irrationnels, décrits par des équations aux dérivées partielles: un cristalliseur continu et un canal de génération. Ces deux exemples sont représentatifs de la catégorie de systèmes pour lesquels utiliser une méthode de contrôle directe est plus pertinent.