La conception de la prochaine génération d’avions se doit d’être plus efficace dans sa consommation de carburant. Ces dernières années, la masse structurelle des ailes a été réduite grâce à l’usage de matériaux composites, entraînant une augmentation de leur flexibilité, et le rapport longueur/largeur des ailes a augmenté. Ces évolutions tendent à accroître le risque d’apparition du phénomène de flottement. Pour enrayer ce problème, des méthodes actives sont étudiées, et en particulier des lois de suppression active de flottement. Cette thèse de doctorat étudie donc deux sujets. Le premier est le développement d’une loi de contrôle actif du flottement pour un modèle d’avion de recherche. Le deuxième est l’application du co-design, soit l’optimisation simultanée de la structure et des lois de contrôle, pour un aile avec un dispositif de contrôle du flottement. Les méthodologies présentées sont testées sur un modèle aéroélastique à deux degrés de liberté puis implémentées sur un modèle d’avion complet. Le modèle 2D a été développé pour permettre l’élaboration de méthode de co-design pour les systèmes aéroélastiques. Les lois de suppression du flottement sont développées en utilisant une synthèse H∞ structurée.Les résultats montrent que, sur le modèle industriel, une augmentation de la vitesse de flutter de 11% est possible. L’architecture co-design imbriquée est utilisée afin d’optimiser simultanément la structure de l’aile et la loi de contrôle. L’utilisation du contrôle de flutter dans la boucle d’optimisation permet de réduire de 150 kg la masse structurelle par comparaison avec une optimisation structurelle avec une contrainte de flutter. Une étude est menée sur la formulation de la fonction objective de la boucle externe d’optimisation pour obtenir de meilleurs résultats, et elle permet de réduire la masse finale de la structure de 100 kg supplémentaires.

Cette thèse présente une nouvelle approche d’allumage des foyers aérobies basée sur le retournement temporel microonde. Dans la première partie on montre les bases de la théorie de combustion diphasique, le système d’allumage classique qu’est la bougie à arc ainsi que l’histoire et le fonctionnement du retournement temporel spécifiquement dans le cadre de cette étude. Le remplacement de la bougie à arc est un sujet largement étudié et on montre l’état de l’art des différentes approches. La première étape de notre étude est l’étude de la capacité d’un plasma crée par des micro-ondes focalisées pour allumer un carburant liquide. Cette étape est décrite par la partie II de ce manuscrit, qui traite le premier banc d’essai conçu pendant les travaux de thèse. Cette étude se fait dans une cavité résonante avec des initiateurs et un train de gouttes de carburant. On explique l’intérêt et la démarche adoptée pour la conception de ce banc d’essai avant de montrer les résultats d’allumage des gouttes d’éthanol et de kérosène. Après la démonstration de l’allumage de kérosène on passe au retournement temporel (RT) dans la troisième partie. Pour l’étude du claquage d’un plasma par RT dans l’air à pression ambiante, on a conçu un deuxième banc d’essai constitué d’une cavité multimodale de grande taille. Cette dernière partie présente la conception de la cavité ainsi que les premiers essais RT en basse puissance. Après l’optimisation du RT, on passe aux essais en puissance. On utilise à nouveau des initiateurs (SRR) pour augmenter le champ électrique. Les résultats montrent un claquage réussi avec un signal sinusoïdal et un signal RT. On finit cette partie avec les tests d’allumage d’un brouillard de kérosène avec une bougie à arc et les plasmas claqués par signal sinusoïdal et RT dans les gaps des SRRs. Pendant ces travaux de thèse, deux bancs d’essai ont été conçus à partir de zéro. On a démontré sur le premier banc la capacité d’un plasma par micro-ondes focalisées d’allumer un carburant liquide. Ensuite, on a mené des tests RT sur le deuxième banc. On a claqué des plasmas dans l’air à pression ambiante dans les deux cavités avec des initiateurs et un signal sinusoïdal. Les travaux se finissent par l’allumage réussi d’un brouillard de kérosène par RT.

Dans cette thèse de doctorat, nous nous intéressons à l'estimation robuste de la phase de la porteuse en utilisant le filtrage bayésien variationnel. La mesure de la phase porteuse est devenue une tâche fondamentale dans de nombreuses applications d'ingénierie telles que le positionnement précis dans le domaine du GNSS. Malheureusement, les mesures de phase obtenues par les techniques traditionnelles de poursuite de phase peuvent être fortement mises à mal par la présence de sauts de phase ambigus, appelés sauts de cycle. Ces derniers peuvent durement impacter les performances des algorithmes de poursuite conduisant, dans le pire des cas, à une perte permanente de verrouillage du signal. Un processus de ré-acquisition est alors nécessaire qui affecte les performances de suivi. Par conséquent, pour résoudre ce problème, nous proposons un filtre non linéaire robuste de poursuite de phase basé sur l'inférence de Bayes variationnelle. Tout d'abord, l'algorithme est développé en supposant une dynamique lente de phase (c'est-à-dire la boucle au premier ordre), puis, son ordre est augmenté en estimant un vecteur d'état formé par la phase et ses dérivées. Les performances de ce nouvel algorithme sont comparées avec celles de techniques conventionnelles (tels que la DPLL (Digital Phase Lock Loop) et la KF (Kalman Filter)-DPLL) en terms de précision d'estimation et d'occurence de sauts de cycle. La comparaison est d'abord effectuée à l'aide de données synthétiques, puis de données GNSS réelles dans un récepteur radio logicielle GNSS. Les résultats montrent que la méthode proposée a de meilleures performances par rapport aux filtres linéaires conventionnels, lorsque le rapport signal sur bruit est faible.

Les phénomènes aéroélastiques ont lieu lorsqu’une structure interagit avec un écoulement qui l’entoure et elles sont une des principaux facteurs qui limitent l’enveloppe de vol des avions.Cette interaction fluide-structure peut entraîner de l’endommagement structurel, immédiat ou du à la fatigue. Depuis le début de l'histoire aéronautique, l'aéroélasticité a toujours été un facteur important dans la conception des avions. De nos jours, les progrès de l'industrie aéronautique conduisent à la conception d'ailes plus efficaces, présentant généralement des géométries plus allongées et l'utilisation de matériaux plus légers et plus flexibles. Ces nouvelles ailes sont plus sujettes que jamais à un comportement aéroélastique, ce qui signifie que le contrôle aéroélastique reste un domaine d'étude important. De plus, les nouveaux designs des drones remettent en question l'aéroélasticité traditionnelle.L'objectif de ce travail est de présenter, analyser et tester une solution innovante qui contrôle le comportement aéroélastique d'une aile d'avion pour des conditions de vol plus sûres et / ou une enveloppe de vol élargie. La solution présentée est basée sur des absorbeurs secondaires utilisés à ce jour sur d'autres applications, comme les ponts suspendus. Le système de contrôle est passif, ce qui signifie qu’aucun apport d'énergie externe n'est requis. Le système est intégré dans l'aile par un volet qui oscille dans l’écoulement. Les avantages de ce volet sont que l'oscillateur secondaire est placé dans l’écoulement pout bénéficier d'un amortissement aérodynamique et qu'il ajoute une masse faible, ce qui est toujours une priorité en aéronautique. Le système de contrôle peut présenter une rigidité non linéaire le rendant efficace aux fréquences large bande. C'est une caractéristique importante car les fréquences de l'aile évolueront avec la vitesse du vent.Afin de présenter et valider ce dispositif de contrôle innovant dans le domaine complexe de l'aéroélasticité non linéaire, une double approche est suivie utilisant à la fois l'analyse expérimentale et des simulations numériques. Concernant l'approche expérimentale, deux bancs d'essais sont créés et testés en soufflerie: une aile bidimensionnelle et une aile tridimensionnelle.Le premier banc expérimental consiste en une configuration d'aile bidimensionnelle à deux degrés de liberté, avec un volet qui peut être bloqué ou débloqué comme troisième degré de liberté, agissant comme oscillateur secondaire. Cette maquette permet de réaliser une preuve de concept du système de contrôle et met en évidence les avantages des caractéristiques non linéaires par rapport à une version linéaire. On observe que l'aile bidimensionnelle présente du flottement classique par coalescence de ses deux modes structuraux. Lorsque le système de commande est débloqué, la vitesse de flottement augmente, ainsi élargissant l'enveloppe de vol. De plus, le système de commande montre de bonnes performances de dissipation des vibrations pendant le régime post-flottement, en particulier lorsqu'il est équipé d'une rigidité non linéaire.

Afin de faire face aux fortes températures rencontrées par les composants en aval de la chambre de combustion, des prélèvements d’air plus frais sont réalisés au niveau du compresseur. Cet air alimente les cavités en pied de turbine et refroidi les disques rotor permettant d’assurer le bon fonctionnement de la turbine. Ce manuscrit présente une étude numérique de l’effet de ces écoulements de cavité au pied de la turbine sur ses performances aérodynamiques. Les phénomènes d’interaction entre l’air de cavité en pied de turbine et l’air de veine principal est un phénomène encore difficilement compris. L’étude de ces phénomènes est réalisée au travers de différentes approches numériques (RANS, LES et LES-LBM) appliquées à deux configurations pour lesquelles des résultats expérimentaux s ont disponibles. Une première configuration en grille d’aube linéaire en amont de laquelle différentes géométries d’entrefer (interface entre plateforme rotor et stator) et débits de cavité pouvaient être variés. Une seconde configuration annulaire composée de deux étages de turbine comprenant les cavités en pied et plus proche d’une configuration industrielle. Les pertes additionnelles associées à l’écoulement de cavité sont mesurées et étudiées à l’aide d’une méthode basée sur l’exergie (bilans d’énergie dans l’objectif de générer du travail).

L'augmentation du nombre de systèmes interconnectés et l’expansion des données échangées dans les réseaux avioniques ont contribué à la complexification des architectures de communication. Pour gérer cette évolution, une nouvelle solution basée sur un réseau coeur haut débit, e.g., l'AFDX (Avionics Full DupleX), a été implémentée sur l'A380. Cependant, il reste des réseaux bas débit, e.g, CAN ou A429, utilisés pour certaines fonctions spécifiques. Cette architecture réduit le délai de développement, mais en contrepartie, elle conduit à de l’hétérogénéité et à de nouveaux challenges pour garantir les contraintes temps-réel. Pour résoudre ces challenges, une architecture homogène basé sur l'AFDX pourrait apporter de grands avantages, tels que une facilité de l'installation et maintenance, et une réduction de poids et coûts. Cette architecture homogène doit supporter des applications de criticités mixtes, où coexistent les trafics critiques (SCT), Best-effort (BE) et le trafic AFDX actuel (RC). Pour atteindre ce but, nous commençons par évaluer les avantages et les inconvénients des solutions existantes par rapport aux contraintes avioniques. Cela nous conduit à sélectionner le Burst Limiting Shaper (BLS) (proposé par le groupe IEEE Time Sensitive Networking (TSN)) allié à un ordonnanceur Static Priority non-preemptif. Ainsi, nous identifions quatre contributions principales dans cette thèse. Tout d'abord, nous spécifions un AFDX étendu avec le TSN/BLS. Une analyse préliminaire basée sur de la simulation a donné des résultats encourageants pour poursuivre sur cette voie. En second, nous détaillons une analyse temporelle de l'AFDX étendu, grâce au Network Calculus, pour calculer des bornes maximales des délais pire cas des différents types de trafic, pour prouver le déterminisme du réseau et le respect des contraintes temporelles. Une analyse de performance préliminaire montre l'efficacité de la solution à améliorer les délais de RC, tout en garantissant les contraintes. Cependant, cette analyse a aussi montré certaines limitations du modèle en termes de pessimisme. Notre troisième contribution est par conséquent la réduction de ce pessimisme, grâce à une seconde modélisation de l'AFDX étendu, et à une méthode de paramétrage des variables système. Cette méthode permet d'améliorer les performances de RC tout en garantissant les contraintes temporelles du SCT et RC. Finalement, nous validons notre proposition à travers des études de cas avioniques réalistes pour vérifier son efficacité. Les résultats montrent une forte amélioration des délais de RC ainsi que de l'ordonnançabilité de SCT et RC, en comparaison à l'AFDX actuel et au Deficit Round Robin.

La fusion nucléaire contrôlée par confinement magnétique avec les réacteurs de type Tokamaks et les applications spatiales ont en commun d’utiliser des composants Haute-Fréquence (HF) sous vide à forte puissance. Ces composants peuvent être sujets à l’effet multipactor qui augmente la densité électronique dans le vide au sein des systèmes, ce qui est susceptible d’induire une dégradation des performances des équipements et de détériorer les composants du système. Ces recherches consistent à améliorer la compréhension et la prédiction de ces phénomènes. Dans un premier temps nous avons réalisé une étude de sensibilité de l’effet multipactor au rendement d’émission électronique totale (noté TEEY). Cette étude a permis de montrer que l’effet multipactor est sensible à des variations d’énergies autour de la première énergie critique et dans la gamme d’énergies entre la première énergie critique et l’énergie du maximum. De plus, les composants HF utilisés dans les réacteurs Tokamak et dans le domaine du spatial peuvent être soumis à un champ magnétique continu. Nous avons donc développé un nouveau dispositif expérimental afin d’étudier ce phénomène. Le fonctionnement du dispositif et la méthode de mesure ont été analysées et optimisées à l’aide de modélisations numériques avec le logiciel PIC SPIS. Une fois que l’utilisation du dispositif a été optimisée et que le protocole de mesures a été validé, nous avons étudié l’influence d’un champ magnétique uniforme et continu sur le TEEY du cuivre. Nous avons démontré que le rendement d’émission électronique totale du cuivre est influencé par la présence d’un champ magnétique et par conséquent également l’effet multipactor.

L’aile rigide navale est le moyen de propulsion qui se substitue à la grande voile souple sur les catamarans de classe Coupe de l’América et Class-C. Ce gréement est similaire à une aile aéronautique, composée de deux éléments, avec le volet séparé de l’élément principal par une fente. Comparée à une voile souple, l’aile rigide permet d’améliorer les performances du bateau en naviguant à des vitesses plus grandes que celle du vent. Cependant, le décrochage brutal qui caractérise l’aile et sa sensibilité à l’instationnarité du vent rendent difficile la correcte maîtrise de l’aile pendant la navigation. La modification des forces aérodynamiques qui agissent sur l’aile, dû à l’action d’une rafale ou au dépassement de la limite du décrochage, peuvent compromettre la stabilité du catamaran avec un possible risque de chavirage. L’aile doit donc être dessinée et réglée correctement pour éviter cette possibilité de chavirage, mais il est nécessaire de connaître l’enveloppe aérodynamique.

Remorquer des satellites peut être utiles pour de nombreuses raisons : les désorbiter ou ré-orbiter, nécessaire dans le cas des satellites en fin de vie, ou pour finaliser les lancements par exemple. Dans ce cas, cette manœuvre augmenterait la capacité des étages supérieurs de lanceurs. Plusieurs moyens peuvent être envisagés pour modifier l’orbite d’un satellite cible grâce à un autre satellite. Parmi eux, les concepts sans contact sont intéressants, car ils fournissent un moyen d’éviter le besoin d’interfaces normalisées. Ils permettent aussi de ne pas réaliser d’amarrages non coopératifs, qui représentent une grande difficulté. Enfin, ils contribuent à réduire le risque de créer de nouveaux débris par collision. Dans cette thèse, nous proposons d’utiliser les forces magnétiques pour remorquer le satellite cible. En effet, de nombreux satellites, en particulier en orbite terrestre basse, sont équipés de magnéto-coupleur, utilisés pour le contrôle d’attitude. Un satellite chasseur équipé d’un dipôle magnétique puissant pourrait donc générer des forces sur la cible. Cependant, la création d’une force entre deux dipôles magnétiques génère automatiquement des couples sur les deux dipôles. Par conséquent, la viabilité d’un remorqueur magnétique spatial n’est a priori pas assurée, étant donné qu’appliquer en permanence des couples sur les deux satellites ne serait pas acceptable.

Dans cette thèse, nous aborderons deux aspects fondamentaux qui se posent dans les systèmes de commande modernes du fait de l'interaction entre des processus en temps continu et des dispositifs numériques: la synthèse de lois de commande en présence de quantificateurs et l'estimation d'état en présence de mesures sporadiques. Une des caractéristiques principales de cette thèse consiste également à proposer des méthodes constructives pour résoudre les problèmes envisagés. Plus précisément, pour répondre à cette exigence, nous allons nous tourner vers une approche basée sur les inégalités matricielles linéaires (LMI). Dans la première partie de la thèse, nous proposons un ensemble d'outils constructifs basés sur une approche LMI, pour l'analyse et la conception de systèmes de commande quantifiés impliquant des modèles et des correcteurs linéaires. L'approche est basée sur l'utilisation des inclusions différentielles qui permet de modéliser finement le comportement de la boucle fermée et ainsi d'obtenir des résultats intéressants. Dans la seconde partie de la thèse, inspirés par certains schémas d'observation classiques présentés dans la littérature, nous proposons deux observateurs pour l'estimation de l'état d'un système linéaire en présence de mesures sporadiques, c'est-à-dire prenant en compte la nature discrète des mesures disponibles. De plus, en se basant sur une des deux solutions présentées, une architecture de commande basée observateur est proposée afin de stabiliser asymptotiquement un système linéaire en présence à la fois de mesures sporadiques et d'un accès intermittent à l'entrée de commande du système.