L’influence de la rugosité de surface sur la transition laminaire/turbulente d’une couche limite 2D incompressible est examinée de manière expérimentale en soufflerie. En particulier, l’effet de la rugosité sur la réceptivité, et surtout l’amplification des ondes de Tollmien-Schlichting (ondes T-S) est analysée. Une expérience dont la rugosité de surface peut être partiellement changée est conçue est usinant une plaque plane pour que trois inserts rectangulaires amovibles y soient placés. Ces inserts sont soit lisses (usinés en métal) soit rugueux, fabriqués par une imprimante 3D à stéréolithographie. La plupart des résultats sont obtenus par l’anémométrie à fil chaud.Si les premiers résultats ont permis de mettre en lumière un potentiel effet de la rugosité de surface sur la réceptivité des ondes de Tollmien-Schlichting, l’essentiel de ce manuscrit est consacré à l’étude de la suramplification de ces instabilités en présence de rugosité de surface. L’accent est dans un premier temps mis sur l’étude des phénomènes par lesquels la rugosité de surface suramplifie les ondes T-S. Aucune déformation du profil moyen n’est constatée mis à part une légère inflexion à proximité immédiate de la rugosité, mais les études effectuées montrent la limite de l’anémométrie à fil chaud pour les études dans les régions aussi proches de la paroi. La possibilité que la rugosité de surface génère des stries est étudiée et confirmée, mais dans certains cas seulement. Cette génération de stries semble en effet n'avoir lieu que lorsque la rugosité de surface possède les longueurs d’ondes adaptées, au sens de la théorie des perturbations optimales, pour déclencher ce type d’instabilités.L’avancée de la position de transition est ensuite étudiée de manière quantitative en fonction des paramètres de hauteur moyenne, de position et de longueur de la zone rugueuse. Des positions de transition obtenues dans les cas avec rugosité sont déduits des $Delta N$, représentant un surcroît d'amplification des ondes T-S. Pour une longueur de rugosité donnée, la hauteur moyenne adimensionnée par l’épaisseur de déplacement ($R_a/delta_1)$ semble être un paramètre majeur et l'évolution $Delta N$ induit par la rugosité en fonction de ce paramètre est proche d'une loi linéaire. Aucune influence de la position le long de la plaque plane n’est observée tant que la réceptivité n’est pas modifiée. La longueur de la zone rugueuse se révèle également être un paramètre fondamental, et donner lieu là encore à une évolution proche d'une loi linéaire de $Delta N$.Basées sur ces résultats expérimentaux, deux modélisations, dites par $Delta N$ et $Delta N$ réparti inspirées des modèles en $Delta N$ utilisés dans le cadre des rugosités 2D localisées ont été mises au point pour calculer le Delta N induit par une surface rugueuse. La première est une approche globale quand la seconde propose une formulation locale.

En 2016, le nombre de décès dus aux accidents de la route atteignait 1,35 million, et ces accidents sont souvent imputable à l’erreur humaine. L'expansion technologique d'Internet et des réseaux interconnectés facilitent l'échange d'informations, parfois vitales. C'est pourquoi beaucoup de travaux ont été produit sur l'automatisation des véhicules. L’amélioration de la sécurité routière est l'un des facteurs qui motive la recherche dans ce domaine et pousse vers l’adoption de systèmes de transport intelligents (ITS) et de réseaux véhiculaires ad hoc (VANET).Un VANET est défini comme un réseau ad-hoc particulier, formé de véhicules capables de communiquer et de traiter l’information reçue, et évoluent en milieu urbain (rues ou autoroutes). Les véhicules peuvent communiquer directement, de pair à pair, ou via un nœud intermédiaire.L'objectif principal de la sécurité des VANETs et des communications véhiculaires est de fournir l'intégrité des messages échangés et la disponibilité des services qui supportent ces échanges. La protection de la confidentialité de ce qu'ils contiennent est un objectif secondaire car non vital. Assurer la responsabilité, c'est-à-dire proposer un moyen d'identifier les entités communicantes et de les tenir responsables pour les messages qu’ils diffusent, est essentiel voire légalement obligatoire. Ce mécanisme doit garantir que tout nœud qui subit une faute, panne ou agit de façon malveillante, soit identifié, révoqué, finalement puni pour ses actions et leurs conséquences. Cependant, un tel mécanisme d'identification pose un problème et risque de compromettre la vie privée des utilisateurs, même lorsqu'ils sont honnêtes.Cette thèse porte sur le délicat compromis entre anonymat et traçabilité dans systèmes distribués tels que les ITSs. Nous étudions l'utilisation des blockchains (chaînes de blocs) dans la construction de primitives cryptographiques à seuil. Ces primitives sont utilisées afin de préserver la vie privée mais aussi la responsabilité des acteurs et étudiées dans leur application au cas des VANETs.Notre première contribution, appelée DOGS, est un schéma de signature de groupe basé sur la blockchain qui propose la fonctionnalité d'ouverture distribuée. Nous montrons, dans cette thèse, que le système améliore un schéma de signature de groupe existant et exploite un protocole de génération de clé distribuée pour répartir le rôle de l'ouvreur (Opener) sur un ensemble de nœuds appelés les sous-ouvreurs (sub-openers).Notre deuxième contribution est une génération de clé distribuée anonyme mais traçable, appelé BAT-Key, qui utilise une blockchain pour assurer la confiance entre les différentes entités qui composent le système. Dans la suite de la thèse, nous expliquons comment nous avons amélioré les protocoles traditionnels avec la propriété d'anonymat qui protège l'identité des participants.Notre troisième contribution, appelée TOAD, est un schéma de chiffrement à seuil basé sur la blockchain avec un service de déchiffrement anonyme mais traçable. Nous montrons que le schéma s'appuie sur un schéma de chiffrement à seuil connu et l’améliore par un processus de déchiffrement collaboratif qui protège l'identité des serveurs de déchiffrement.Tout au long des chapitres, nous expliquons comment l'utilisation de la blockchain garantit la traçabilité des actions effectuées au sein du système par des nœuds anonymes et assure ainsi leur responsabilité tout en préservant la vie privée.Ces schémas sont de la plus haute importance dans l'ère du numérique, même en dehors du domaine des ITSs. Pourtant, nous avons choisi d'illustrer leur importance dans le contexte des VANETs à travers notre dernière contribution : la description de notre construction d'un système de rapport de trafic routier basé sur la blockchain qui préserve l’anonymat des nœuds qui rapportent les informations, mais les tient pour responsables de leurs messages en cas de litige.

L’électronique est aujourd’hui un outil central et essentiel dans notre société. Il a investi les objets du quotidien, et nous l’utilisons directement ou indirectement des dizaines de fois chaque jour sans même nous en rendre compte. Depuis l'introduction du transistor tel qu’on le connaît à la fin des années 40, l'électronique n'a cessé de s'améliorer et de se spécialiser pour devenir plus efficaces dans chaque application. Aujourd’hui, leurs formes la plus rependue est sans conteste la technologie MOS.C’est donc tout naturellement que l’on retrouve des circuits électroniques MOS dans les applications spatiales et nucléaires, où ils remplissent une multitude de fonctions essentielles. Ces environnements ont cependant une particularité importante : ils sont chargés en radiations, ce qui a pour effet de dégrader les composants électroniques. Ces dégradations sont d'autant plus problématiques que les circuits exposés à de tels environnements sont généralement censés fournir d’excellentes performances et garantir une haute fiabilité. Pour assurer un bon fonctionnement de ces circuits, il est donc nécessaire d’étudier les effets de ces milieux radiatifs sur les performances de l’électronique MOS.De plus, et c’est la motivation de cette thèse, ces applications en milieux radiatifs sont en plein essor. Non seulement la demande pour ce genre de circuits augmente, mais la dose maximale de radiations reçue par l’électronique sur sa durée de vie devrait dépasser des niveaux inédits. Ces nouvelles doses et leurs effets sur l’électronique sont encore peu investigués, et l’étude de ces effets est donc primordiale pour permettre l’utilisation future de l’électronique dans ces milieux, que ce soit dans le nucléaire, le spatial ou ailleurs.En particulier, cette thèse étudie les effets des hautes doses de radiation ionisante sur des transistors MOS (MOSFETs) à destination de circuits analogiques, circuits qui s’avèrent être souvent plus exposés que les autres. Tout cela dans le but de, d’un côté, être capable de mieux anticiper ces effets et, d’un autre, pouvoir les contrecarrer quand cela est possible.La thèse traite d’abord de la dégradation durant des irradiations des paramètres des MOSFETs tel que le courant maximum, la tension de seuil ou le courant de fuite. Les effets de la tension, de l’épaisseur des oxydes, du design et de la taille du transistor y sont en particulier approfondis. Les résultats mettent en avant le fort rôle des tensions pendant les irradiations sur le type de défaut créés, en particulier dans la grille, ainsi que l'apparition d’un effet de canal court (RISCE) dans un nœud technologique plus gros que dans ceux où il avait été observé auparavant. En plus, cette étude des paramètres des MOSFETs met en avant une importante augmentation du courant de génération après de hautes doses ionisantes dans les jonctions pn du transistor. S’en suit une étude approfondie de ce courant.Dans un second temps, la thèse étudie le phénomène de RTS (Random Telegraph Signal) dans ce courant de fuite de jonction des transistors. Pour cela, une structure de test capable de mesurer en parallèle des dizaines de milliers de courants de fuite est introduite. Grâce à celle-ci, le RTS est étudié de manière statistique avant et après irradiations. Les résultats, en accord avec des simulations à l’échelle atomique, soutiennent l’hypothèse de défauts métastables comme origine du phénomène RTS dans les fuites de jonctions.

Dans un contexte très concurrentiel et riche d’innovations, il est crucial de pouvoir évaluer les performances des capteurs de manières précises. Pour ce faire deux supports de caractérisation sont envisageables : le capteur complet ou les structures de test. Sur le capteur complet sont extraits des paramètres dans un environnement et des conditions proches de l’application. Les structures de test, elles, permettent de ne s’intéresser qu’à une zone spécifique d’un pixel et de pouvoir étudier les phénomènes physiques en jeu et dissocier les différentes contributions possibles à un paramètre pixel étudié. Une meilleure compréhension de ce même paramètre extrait sur capteur complet est alors possible. De plus elles facilitent l’étude de différents essais de procédés en début de développement. Les travaux de cette thèse proposent de nouvelles méthodologies de mesure et de caractérisation de paramètres sur structures de test complémentaires à ce qui se fait sur un capteur complet. Dans ce manuscrit sont développées notamment de nouvelles structures de test afin d’étudier la contribution de l’interface arrière de pixels BSI au courant d’obscurité. Une nouvelle méthode d’extraction de potentiels est également présentée et permet l’extraction d’une multitude de potentiels d’intérêts présents dans les pixels. Enfin une nouvelle méthode d’extraction de la charge à saturation sur structures de test est proposée.

Les ailes battantes, telles qu’employées, par exemple, par le colibri ou la libellule, génèrent des tourbillons qui peuvent être favorables à l’efficacité du vol (Dickinson et al, Science 1999). Or, la génération de ces tourbillons dépend non-seulement de la cinématique de battement, mais aussi de la flexibilité de l’aile. L’observation du monde animal suggère qu’un grand nombre d’espèces pourraient avoir évoluées de sorte que la flexibilité de leurs ailes / nageoires favorisent la sustentation / propulsion (Lucas et al, Nature 2014). Nous chercherons ici à comprendre précisément le rôle de la flexibilité dans la génération de tourbillon et l’efficacité d’ailes battantes. Pour bien comprendre l’effet d’aile souple sur ces interactions le travail sera divisé en plusieurs étapes : - Le premier axe s’attachera à la réalisation de mesures expérimentales sur un modèle d’aile battante. On couplera des mesures de type Velocimétrie par Imagerie de Particule (PIV) pour la caractérisation de l’écoulement autour de l’aile battante à des mesures de type Corrélation Digitale d’Image (DIC) pour la mesure de la déformation de l’aile. Ces mesures seront réalisées pour plusieurs cinématiques de battement et rigidité d’aile en vue de (i) comprendre les intéractions fluide-structure mise en jeu et (ii) servir de base de données pour les simulations numériques menées dans le cadre du deuxième axe. - Le deuxième axe s’appuiera sur la simulation numérique de l’écoulement autour du modèle d’aile battante et sur celle de sa déformation. En particulier, on procédera à un couplage fort entre simulation numérique directe, par volumes finis, des équations de Navier-Stokes (DNS) et simulation par éléments finis de l’équation de Navier. Les résultats obtenus par approche numérique seront validés sur la base des résultats expérimentaux puis, serviront une analyse plus fine des mécanismes d’interaction fluide-structure mis en jeu en permettant notamment l’exploration d’un espace des paramètres (cinématique de battement, rigidité) plus étendu. En particulier, on cherchera par cette étude à comprendre si la rigidité des ailes observées dans le monde vivant favorise effectivement la sustentation. - Enfin le dernier axe visera à optimiser le couple cinématique de battement – rigidité, sur la base de simulations numériques, en vue de maximiser l’efficacité du vol. Le coût de calcul pouvant s’avérer prohibitif, on considèrera dans un premier temps des simulations légèrement sous-résolues. Il s’agira alors de mettre en œuvre un code d’optimisation (communicant avec les codes de simulations d’écoulement et de structure) robuste, pérenne, utilisable dans le futur avec des puissances de calcul accrues. Plusieurs paramètres pourront être testés de façon séparée (angle d’incidence du uptroke ou downstroke, rigidité de l’aile, durée des phases) puis un couplage entre les paramètres pourra être entrepris.

L'avènement des Système de Positionnement par Satellites, également désigné sous le sigle GNSS, a révolutionné le monde d'aujourd'hui avec des applications diverses, de la localisation à la télédétection. Le principe du GNSS est basé sur la trilatération, qui dépend de l'estimation du retard de propagation et de l'effet Doppler. En effet, la synchronisation retard-Doppler est un sujet de recherche important pour de nombreux domaines, avec des applications pratiques telles que le radar, le sonar, l'ultrason, la télécommunication et la navigation. Or, pour la conception et l'évaluation des techniques d'estimation, il est important de connaître la meilleure performance accessible au sens de l'erreur quadratique moyenne (EQM), ce qui est fourni par le calcul des bornes inférieures (BI) sur l'EQM. Par rapport aux autres BI, les bornes de Cramér-Rao (BCR) sont plus simples à calculer et fournissent une estimation précise de l'EQM de l'estimateur au sens du Maximum de Vraisemblance (EMV) dans la région d'opération asymptotique, sous certaines conditions. Aussi, les architectures des récepteurs GNSS reposent sur des approches d'acquisition et de suivi, effectuée de manière scalaire, qui peuvent être considérées comme des instances particulières de l'EMV. Cependant, malgré une littérature fournie sur les BCR relatives à l'estimation retard-Doppler, la plupart de ces expressions de la BCR sont trop restrictives et ne concernent que le modèle de signal à bande étroite, sans tenir compte de l'impact de l'effet du Doppler sur le signal en bande de base. En effet, une expression analytique de BCR, suffisamment générale et facile à utiliser, pour n'importe quel signal à bande limitée, n'était pas disponible au début de cette thèse. L'objectif principal de la présente thèse porte sur la caractérisation des performances asymptotiques de l'estimation du retard et du Doppler par un EMV cohérent. La première contribution est l'obtention d'une nouvelle expression analytique de la BCR pour l'estimation du retard, en considérant un signal générique à bande limitée et un retard de propagation constant, cette expression offrant de nouvelles possibilités pour la conception d'un signal optimal. Cette expression de la BCR est ensuite utilisée pour caractériser l'estimation conjointe du retard et de la phase du signal. Cette approche est pertinente pour la localisation précise, exploitant la phase de la porteuse, telles que PPP et RTK. Par ailleurs, ces travaux de recherche ont permis de mettre en évidence l'absence d'une analyse complète des performances des signaux GNSS dans la littérature scientifique, d'un point de vue de l'estimation optimale. L'analyse présentée ici vise à combler cette lacune et fournit également les limites de performance du positionnement standard. Pour franchir cette limite, il devient alors nécessaire de recourir aux techniques de positionnement basées sur la phase de la porteuse. Enfin, nous étendons la formulation analytique de la BCR générique pour inclure l'estimation conjointe du retard et du Doppler, d'abord pour les signaux à bande étroite, puis pour leurs homologues à large bande, incluant également l'amplitude et la phase.

L'avènement des Système de Positionnement par Satellites, également désigné sous le sigle GNSS, a révolutionné le monde d'aujourd'hui avec des applications diverses, de la localisation à la télédétection. Le principe du GNSS est basé sur la trilatération, qui dépend de l'estimation du retard de propagation et de l'effet Doppler. En effet, la synchronisation retard-Doppler est un sujet de recherche important pour de nombreux domaines, avec des applications pratiques telles que le radar, le sonar, l'ultrason, la télécommunication et la navigation. Or, pour la conception et l'évaluation des techniques d'estimation, il est important de connaître la meilleure performance accessible au sens de l'erreur quadratique moyenne (EQM), ce qui est fourni par le calcul des bornes inférieures (BI) sur l'EQM.Par rapport aux autres BI, les bornes de Cramér-Rao (BCR) sont plus simples à calculer et fournissent une estimation précise de l'EQM de l'estimateur au sens du Maximum de Vraisemblance (EMV) dans la région d'opération asymptotique, sous certaines conditions. Aussi, les architectures des récepteurs GNSS reposent sur des approches d'acquisition et de suivi, effectuée de manière scalaire, qui peuvent être considérées comme des instances particulières de l'EMV. Cependant, malgré une littérature fournie sur les BCR relatives à l'estimation retard-Doppler, la plupart de ces expressions de la BCR sont trop restrictives et ne concernent que le modèle de signal à bande étroite, sans tenir compte de l'impact de l'effet du Doppler sur le signal en bande de base. En effet, une expression analytique de BCR, suffisamment générale et facile à utiliser, pour n'importe quel signal à bande limitée, n'était pas disponible au début de cette thèse.L'objectif principal de la présente thèse porte sur la caractérisation des performances asymptotiques de l'estimation du retard et du Doppler par un EMV cohérent. La première contribution est l'obtention d'une nouvelle expression analytique de la BCR pour l'estimation du retard, en considérant un signal générique à bande limitée et un retard de propagation constant, cette expression offrant de nouvelles possibilités pour la conception d'un signal optimal. Cette expression de la BCR est ensuite utilisée pour caractériser l'estimation conjointe du retard et de la phase du signal. Cette approche est pertinente pour la localisation précise, exploitant la phase de la porteuse, telles que PPP et RTK. Par ailleurs, ces travaux de recherche ont permis de mettre en évidence l'absence d'une analyse complète des performances des signaux GNSS dans la littérature scientifique, d'un point de vue de l'estimation optimale. L'analyse présentée ici vise à combler cette lacune et fournit également les limites de performance du positionnement standard. Pour franchir cette limite, il devient alors nécessaire de recourir aux techniques de positionnement basées sur la phase de la porteuse. Enfin, nous étendons la formulation analytique de la BCR générique pour inclure l'estimation conjointe du retard et du Doppler, d'abord pour les signaux à bande étroite, puis pour leurs homologues à large bande, incluant également l'amplitude et la phase.

Les ceintures de radiation terrestres constituent un environnement radiatif naturel très dynamique, hostile à la plupart des satellites artificiels, et dont la modélisation physique demeure aujourd’hui encore imparfaite. Cette dynamique est généralement décrite par des codes numériques résolvant une équation de diffusion. Du fait des forts gradients dans l’espace de la fonction de distribution et de l’intense dynamique des ceintures de radiation, les méthodes numériques employées doivent être très robustes. Le code Salammbô 3D développé et perfectionné depuis de nombreuses années au sein du département Environnement Spatial de l’ONERA a acquis aujourd’hui une maturité reconnue internationalement. Il constitue aussi bien le modèle physique sur lequel s’appuie le développement des futurs modèles de spécification d’environnement, qu’un laboratoire virtuel d’observation et d’analyse des mécanismes physiques gouvernant la dynamique des ceintures de radiations.Salammbô 3D repose sur un schéma numérique de type explicite, différences finies. Ce schéma possède le principal avantage d’être simple à mettre en place de par sa formulation. Cependant, sa stabilité est limitée par la condition CFL. De plus, des termes de diffusion croisés rendent ce schéma instable. L’objectif de cette thèse est donc de développer et valider un nouveau coeur numérique au code Salammbô 3D en version implicite. Le but recherché est triple : (1) rendre le code plus robuste aux forts gradients spatiaux des différents termes de diffusion, (2) accélérer le code tout en conservant, voire améliorant sa précision, (3) prendre en compte les termes de diffusion croisés ignorés dans le cas d’un schéma explicite.Enfin, dans une dernière partie, il serait intéressant d’affiner le code implicite mis en place pour qu’il puisse répondre à deux problématiques physiques actuelles : (1) optimiser la résolution spatiale du modèle au niveau des orbites basses pour mieux reproduire l’environnement des satellites en LEO, et (2) estimer les précipitations de particules des ceintures de radiation dans l’atmosphère (intérêt supplémentaire des volumes finis).

Cette thèse de doctorat se place dans la continuité de l’effort engagé par l’ONERA sur la compréhensiondes mécanismes de stabilisation des flammes diphasiques dans les moteurs aéronautiques. Ces travauxconcernent plus particulièrement la dynamique de sprays et de flammes perturbés par des ondes acoustiques.Ils étudient le rôle de l’injection de carburant liquide sur la réponse non linéaire de flammes stabilisée à l’avald’un injecteur industriel multipoint à zone centrale pilote. Sur la base de travaux antérieurs, l’objectif premierest d’étudier l’influence de perturbations acoustiques sur le comportement de l’injection de carburant liquide.Pour cela, une première configuration expérimentale simplifiée analyse l’influence de perturbationsacoustiques sur le comportement d’un jet liquide débouchant transversalement dans un écoulement d’air.Les résultats mettent en évidence les mécanismes d’atomisation du jet ainsi que son interaction avec desperturbations acoustiques. L’étude des phénomènes de transport du brouillard de gouttes montrel’apparition d’ondes de densité de gouttes. L’influence de la taille des gouttes sur ces phénomènes estcaractérisée. Le second objectif de ces travaux est d’analyser le comportement d’une flamme diphasique(kérosène/air) en présence d’excitations acoustiques. Dans ce cas, une deuxième configurationexpérimentale est mise en œuvre. Elle reproduit de manière réaliste les phénomènes rencontrés dans leschambres de combustion. Ce travail utilise l’approche « Flame Describing Function » (FDF). Pour cela, lesfluctuations du taux de dégagement de chaleur de la flamme sont caractérisées à partir d’une méthodeoriginale basée sur la mesure simultanée de la chimiluminescence de plusieurs radicaux. Les résultats sontobtenus pour deux configurations d’injection, l’une utilisant la zone pilote seul et l’autre l’injecteur dans sonintégralité. L’analyse des FDF met en évidence des phénomènes de saturation qui limitent la réponse de laflamme. La comparaison des résultats entre les deux configurations d'injection montre que le retard entre laréponse de la flamme et les perturbations de l’écoulement est fortement influencé par le mode d’injection.L’ensemble des résultats obtenus dans ces travaux constituent une base de donnée expérimentale pourvalider des simulations LES réactives et pour fournir un modèle de description du comportement de laflamme à des codes de simulation « bas ordre ».

Le développement de lanceurs spatiaux réutilisables nécessite une connaissance appro-fondie des effets des écoulements transsoniques sur la structure du lanceur, commele tremblement transsonique. En effet, l’intégrité mécanique du lanceur peut êtrecompromise par des interactions onde de choc/couche limite. Ces interactions peuventinduire, par exemple, des forces latérales responsables des moments de roulis et detangage, ou une excitation modale de certains éléments de structure pouvant conduireà leur endommagement, voire leur rupture. Ce travail rapporte des études numériqueset expérimentales sur la caractérisation de l’écoulement transsonique autour d’un aileronà profil losangique, conçu pour les lanceurs dédiés aux nanosatellites, avec un intérêtparticulier pour le tremblement transsonique. Ce phénomène a été longuement étudié.Malheureusement, les mécanismes intimes à l’origine du tremblement et la dynamiquedu phénomène sont encore débattus. De plus, il y a un manque d’études sur lesprofils losangiques. Des visualisations strioscopiques résolues en temps, des mesuresde pressions stationnaire et instationnaire pariétales ainsi que des mesures LDV sontréalisées expérimentalement dans une soufflerie transsonique. Les résultats sont comparésà des prédictions numériques basées sur des approches RANS instationnaire et LES. Lestraits tridimensionnels du tremblement transsonique et son caractère chaotique sur unprofil diamant sans flèche sont mis en évidence expérimentalement.