Les pistes des aéroports sont considérées comme l'un des principaux goulots d'étranglementdu système aéroportuaire et l'un des facteurs qui déterminent la capacité des aéroports. Optimiser l'utilisation des pistes afin de réduire les retards motive les études du problème d'ordonnancement des atterrissages d'avions. Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons au problème d'ordonnancement d'atterrissages d'avions dans deux contextes différents : un ordonnancement à la piste considérée comme une ressource indépendante, puis un ordonnancement d'arrivées d'avions en considérant plusieurs pistes d'atterrissage précédées par des balises de l'espace aérien aéroportuaire. Notre objectif est de minimiser les coûts de retard des avions. Pour le premier problème, nous considérons une représentation du coût de retard réaliste mais rarement considérée dans la littérature : une fonction convexe, linéaire par morceaux. Pour la résolution du problème, deux méthodes d'optimisation sont proposées dans cette thèse : une méthode exacte basée sur la programmation linéaire mixte en nombres entiers et une méthode heuristique basée sur un algorithme de planification optimiste issu du domaine de l'apprentissage par renforcement. Nous proposons aussi dans cette thèse des nouvelles instances réalistes et difficiles pour le problème d'ordonnancement d'atterrissage, car les instances de la littérature sont de nos jours facilement résolues avec les versions actuelles des logiciels d'optimisation. Les tests numériques effectués sur les instances proposées montrent que les retards peuvent significativement être réduits quand une approche d'optimisation est adoptée pour ordonnancer les atterrissages. Cependant, la méthode exacte requiert des temps de calcul qui deviennent prohibitifs avec la taille du problème (ici le nombre d'avions). Pour le deuxième problème, nous proposons une étude préliminaire dans laquelle nous adoptons une approche de programmation linéaire mixte en nombres entiers. La comparaison de cette approche avec la technique traditionnellement utilisée par les contrôleurs aériens révèlent encore une fois à quel point une approche d'optimisation peut être bénéfique pour réduire les retards.

Cette étude s'inscrit dans l'effort de réduction des nuisances sonores des avions au décollage. Une des principales composantes est le bruit de jet, dont la partie à basse fréquence peut notamment être imputée au rayonnement acoustique directif des structures cohérentes de grande échelle engendrées par les instabilités dans la couche de mélange du jet. L'évolution de ces ondes d'instabilité peut être décrite au moyen des équations de Stabilité Parabolisées (PSE). Un premier objectif a été de déterminer si dans le cas d'un jet turbulent naturel, les interactions non linéaires entre les ondes d'instabilité ont un impact significatif sur sa dynamique et sur son rayonnement acoustique. À cet effet, une modélisation PSE non linéaire a été développée et appliquée à une configuration réaliste. La possibilité de manipuler ces ondes d'instabilité par non linéarité a ensuite été étudiée en vue d'une réduction du rayonnement acoustique. Pour cela, une analyse PSE a été menée pour déterminer l'effet sur le bruit de jet de l'excitation d'un ou plusieurs modes instables. Ces travaux de thèse ont permis de montrer, d'une part, que les non linéarités semblent avoir un impact mineur sur la dynamique des ondes d'instabilité dans le cas des jets turbulents naturels, et d'autre part, qu'il est possible de réduire le rayonnement acoustique des modes dominants par interactions non linéaires.

Les émissions atmosphériques constitue un enjeu majeur pour la société, à la fois pour les problématiques santé – qualité de l’air (maladies respiratoires, allergies,. . . ) et pour les problématiques liées au réchauffement climatique et aux gaz à effet de serre. Les sources anthropiques, industrielles en particulier, émettent dans l’atmosphère gaz et aérosols qui jouent un rôle important dans les échanges atmosphériques. Néanmoins leur suivi à haute résolution spatiale reste peu précis, en raison des résolutions rencontrées pour les senseurs spatiaux. Les développements techniques récents des capteurs hyperspectraux aéroportés permettent d’améliorer la caractérisation des panaches. Lors de nos travaux nous avons développé un nouvel outil pour la détection et la caractérisation des panaches de gaz. Ainsi, une cartographie 3D des différentes concentrations est obtenue. Cet outil est ensuite validé sur des images synthétiques et sur des acquisitions aéroportés de scènes industrielles.

Le contrôle aérien rentre dans une phase de profondes mutations liées à l’augmentation du trafic et à l’évolution des outils permettant d’assurer le service. L’augmentation du nombre d’avions gérés par le contrôleur implique un nombre beaucoup plus important qu’auparavant d’informations à traiter et mémoriser ; or une part importante des causes d’incidents est déjà due à des problèmes de perception et de mémorisation des informations amplifiées par la taille des écrans de contrôle. Ceux-ci sont particulièrement critiques dans le cas de la perception des alarmes et des avertissements donnés par le système sur la visualisation radar. Le design actuel de ce type d’alertes en France qui n’utilise que la couleur, fait aujourd’hui débat et il a été recommandé dans un bulletin de sécurité aérienne de le faire évoluer. La perception des informations nécessaires à l’établissement d’une bonne conscience de la situation aérienne des contrôleurs est au centre de cette thèse. L’objet principal de ce travail est d’améliorer la conscience de la situation des contrôleurs en s’assurant que les éléments pertinents à leur disposition dont les alarmes sont perçus dans des délais conformes à leur importance et que les actions nécessaires qui en découlent sont bien réalisées. Pour répondre à cette problématique, notre travail s’est porté sur deux axes. Le premier consiste à étudier la tâche des contrôleurs de façon à analyser les informations nécessaires à la réalisation de certains objectifs et proposer un agent de suivi de la tâche qui pourrait les épauler. Le second porte sur la perception des notifications, plus particulièrement en vision périphérique, et la conception de designs propres à améliorer leur perception ainsi que l’étude de leur impact sur la réalisation de la tâche. Grâce à une approche holistique basée sur l’utilisation d’un micro-monde ATC (Laby) et l’utilisation de capteurs physiologiques, nous avons pu évaluer plusieurs designs de notifications. Deux expérimentations ont été conduites, la première utilisant de l’oculométrie, visait à mesurer le pouvoir attentionnel de cinq designs et leur impact sur la réalisation de la tâche. La seconde, en utilisant des données neurophysiologiques, visait à mesurer l’impact de deux designs sur la charge de travail. Les designs évalués ont servi à concevoir un système de notification intégré dans une nouvelle supervision radar qui a été couplé à l’agent de suivi de la tâche. La dernière expérimentation conduite durant ces travaux avait pour objectif d’évaluer l’impact de cette nouvelle position de contrôle dont le design est orienté conscience de la situation sur la détection de problèmes critiques. Les résultats obtenus montrent l’intérêt de ces nouveaux outils et leur impact positif sur la réalisation de la tâche des contrôleurs ainsi que la nécessité d’évaluer dans un contexte expérimental contrôlé les caractéristiques des designs de notifications pour les visualisations de supervision.

Dans l'industrie aéronautique, les règles de conception et les critères de dimensionnement concernant la durabilité des structures composites impactées ne sont pas bien connus. Des outils numériques prédictifs et robustes doivent être développés pour réduire le temps de conception et les coûts de certification, mais aussi pour déterminer des liens entre le comportement matériau et le comportement global des structures. Dans ce cadre, il est visé dans cette étude de comparer des mesures de défauts d’impacts à celles de deux méthodes de prévisions numériques de dommages : l’une par modélisation d’une discontinuité géométrique modélisant un décollement de couches, l’autre sans modéliser l’ouverture mais par un modèle d’endommagement continu. Notre attention s’est portées sur deux types de matériaux unidirectionnel pré imprégnés en carbone/époxy : T700/M21S et T800/M21S ; pré imprégnés sensible à la vitesse de déformation en raison d'un pourcentage élevé de thermoplastique présent dans la résine M21. Des essais de caractérisation du comportement quasi statique et dynamique ont été effectués sur des stratifiés équilibrés de type [±θ]. Concernant les essais dynamiques au banc d’essai Hopkinson, une saturation de la fissuration des plis a été décrite et l'effet de la vitesse de déformation du T800/M21S a été établi jusqu'aux vitesses de déformation moyennes (1000 /s). Une loi cohésive a été développée pour modéliser le délaminage en dynamique rapide dans le code explicite non linéaire LS-DYNA®. Une loi d’endommagement des plis a été développée sur la base du modèle de Matzenmiller-Lubliner-Taylor. Ce modèle d’endommagement 3D permet par couplage de multi critères définissants des seuils d’endommagement, de modéliser la fissuration des couches des stratifiés et du délaminage de manière couplée. Les endommagements après impact relevés lors d’une campagne d’essais expérimental pour différentes vitesses d’impacts, sont comparés aux deux types de modèles numériques. Il apparaît que le modèle d’endommagement 3D développé prédit bien les zones endommagées, les tailles des délaminages et l’indentation résiduelle, alors que les modèles cohésifs sont plus diffusifs entraînant des délaminages plus isotropes.

Nous présentons un modèle de prédiction des taux d'upset induits par les protons. Pour le calcul des sections efficaces d'upset proton, nous combinons la modélisation des interactions proton/silicium avec les sections efficaces expérimentales d'upset ion lourd. Nous décrivons les réactions nucléaires p+Si aussi bien que la diffusion élastique Si(p, p)Si. Le calcul du taux d'upset dépend de la taille de la zone sensible. L'épaisseur d de ce volume parallélépipèdique enterré à la profondeur h est le paramètre fondamental de notre modélisation. Plusieurs méthodes d'extraction de d et h existent déjà. Nous avons développé notre propre méthode dans le but d'obtenir une valeur de d la plus précise possible. Nous utilisons le LET d'ions de faible parcours comme sonde pour mesurer l'épaisseur sensible. Cette méthode consiste à déconvoluer les sections efficaces d'upset ion lourd σSEU(r) (r : parcours des ions) par le LET des ions incidents. Grâce à cette méthode nous pouvons également extraire un facteur de collection de charge α, qui introduit dans notre modèle SEUSIM nous a permis de prédire avec précision les sections efficaces d'upset proton de divers composants.