Afin de réduire l’impact écologique de leurs produits, les secteurs du transport cherchent entre autres à en minimiser la masse. Dans ce contexte, le collage structural apparaît alors comme un concurrent direct des assemblages traditionnels. Cependant, le manque de confiance des industriels dans les propriétés réelles de l’assemblage une fois fabriqué nécessite de repenser la totalité de la chaîne de fabrication. Pour cela, le projet S3PACsignifiant « Système de Supervision et de Simulation de la Production d’Assemblage par Collage » propose le développement d’une chaîne de fabrication entièrement contrôlée et supervisée. Cela inclut notamment la mise en place d’un jumeau numérique prenant en compte les paramètres de fabrication effectifs de la pièce. La réalisation de simulations numériques simplifiées permet dès lors la prédiction du comportement à rupture. Il est donc nécessaire de développer des modèles de comportement prédictifs et rapides de ces assemblages collés.L’objectif de cette étude est de développer les modèles de comportement en incluant la prise en compte d’une variation d’épaisseur de la couche adhésive. L’étude est réalisée avec un système adhésif thermoplastique méthacrylate structural dont le comportement mécanique et thermomécanique est caractérisé expérimentalement. Dans un premier temps,il est étudié sous sa forme massique ce qui permet de mettre en évidence un comportement complexe de type visco-élasto-plastique. Dans un second temps, son comportement est analysé au sein d’un assemblage pour des sollicitations à champ homogène avec deux épaisseurs de couche adhésive. Par la suite, une étude analytique de l’essai DCB est réalisée afin de de réaliser une évaluation de la validité de l’identification inverse pour la détermination d’une loi de traction séparation. Une étude expérimentale de la fissuration en mode I est réalisée pour des conditions de confinement variables. Elle permet de mettre en évidence une amélioration de la tenue mécanique avec l’épaisseur, ainsi que le développement d’une zone plastique pour les couches adhésives les plus épaisses. Enfin,une approche numérique par éléments finis est mise en place afin de mettre en évidence les effets d’épaisseur dans la répartition des contraintes et des déformations au sein de la couche adhésive. Une démarche d’identification d’une modélisation par des éléments cohésifs couplés à des éléments massiques est proposée et discutée.

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.

Les missions scientifiques qui embarquent des instruments très performants et précis peuvent être affectées par l'interaction du satellite avec son environnement plasma. Le satellite TARANIS embarquera des instruments qui mesureront des éventements qui seront potentiellement du même ordre de grandeur que les perturbations. L'objectif de cette thèse est d'étudier et d'améliorer la compréhension des interactions entre un plasma ionosphérique et un satellite, au point de pouvoir calibrer les instruments embarqués sur TARANIS avec une précision inférieure à la sensibilité de l'instrument. Pour arriver à ces niveaux de précision pour une simulation 3D du satellite complet, une approche classique nécessiterait de simuler les trajectoires plusieurs billions de particules numériques. Pour résoudre ce problème, nous avons développé et mis en œuvre dans le logiciel de simulation SPIS une méthode de simulation à partir d'un couplage entre la méthode cinétique Particle-In-Cell et l'approximation fluide-analytique de Poisson-Boltzmann. Nous avons utilisé ensuite cette méthode pour effectuer des simulations à faible bruit du satellite TARANIS complet, en regardant l'influence de l'environnement, l’orientation des panneaux solaires et de la quantité de scotch Kapton utilisé sur la surface du satellite. Enfin, nous avons développé une nouvelle méthode de simulation basée sur la méthode cinétique delta-f, qui permet d'approcher la solution cinétique en partant d’une fonction de distribution analytique, tout en limitant le coût de calculs.

Le phénomène de transition bypass se produit lorsque la couche limite est soumise à un écoulement extérieur présentant un taux de turbulence significatif. Dans ce cas, le scénario classique de transition (par ondes de Tollmien-Schlichting ou Cross-Flow) est court-circuité et la transition est induite par l’amplification d’instabilités appelées modes de Klebanoff. A l’heure actuelle, il n’existe pas de méthodes numériques précises permettant de reproduire correctement la transition bypass sur des configurations complexes. Or ce phénomène est particulièrement important car il impacte les performances et la durée de vie des moteurs d’avion. L’objectif de la thèse était donc de développer un modèle de prévision de la transition bypass. Une modélisation basée sur la dynamique des modes de Klebanoff a ainsi été proposée. Elle se traduit par la résolution d’une équation pour l’énergie cinétique des modes de Klebanoff kL appelée l’énergie cinétique laminaire. Un critère de transition permettant de prévoir le démarrage de la turbulence a également été mis en place. Cette modélisation est formulée localement de manière à assurer sa compatibilité avec une approche RANS. Une fois le critère de transition vérifié, cette information est véhiculée à l’aide de la propagation d’un indicateur B par une équation de transport. La formulation proposée est donc basée sur un critère de transition et deux équations de transport pour kL et B. Dans un premier temps, cette formulation a été couplée à un modèle de turbulence classique de type k − !. Ce modèle a été introduit dans un code de couche limite (3C3D) puis calibrée et validé à l’aide de configurations expérimentales académiques sur plaque plane à basse vitesse. Il prévoit avec précision la croissance des modes de Klebanoff et la position de la transition. L’étalement de la région transitionnelle est en revanche sous-estimé, mais montre une dépendance aux paramètres physiques cohérente avec les mesures. Ce modèle a ensuite été appliqué et évalué sur des géométries plus complexes 2D et 3D du type aubage de turbomachine à l’aide du code RANS elsA. Son utilisation s’est montrée plus facile que celle des modèles RANS de transition bypass utilisés jusqu’alors en bureau d’étude. Par ailleurs, le modèle de transition a été couplé à deux modèles de turbulence anisotropes. Les perspectives amenées par cette étude concernent l’amélioration de la modélisation de la turbulence dans les zones laminaire et transitionnelle et l’extension de la physique traitée.

Le contrôle des tourbillons de sillages d'aéronefs permet de réduire leur dangerosité et d'augmenter par conséquent le débit de décollages et d'atterrissages dans les aéroports. Ce contrôle permettrait également d'agir sur la formation des rainées de condensation et des cirrus artificiels en haute atmosphère dans le but de réduire le forçage radiatif terrestre causé par l'aviation. Brion (2014) ont montré par analyse de stabilité modale que le dipôle de Lamb-Chaplygin, souvent utilisé comme un modèle représentatif des tourbillons de sillage en champ lointain, est bidimensionnellement instable à des nombres de Reynolds faibles. Nous étendons premièrement cette analyse de stabilité modale bidimensionnelle à des modèles de dipôles plus réalistes, pour une large gamme de rapport d'aspect, et obtenons, à faibles nombre de Reynolds, des instabilités de même nature (modes de déplacement) que pour le dipôle de Lamb-Chaplygin. Nous montrons cependant que la croissance des instabilités observées dépend fortement du rapport d'aspect du dipôle, et que cette croissance est fortement diminuée lorsque la diffusion du dipôle est prise en compte. Nous étudions ensuite la stabilité bidimensionnelle transitoire en champ lointain (dipôles) et en champ proche (nappes de vorticité), en atmosphères homogène et stratifiée. Dans tous les cas, les perturbations optimales sont des spirales de vorticité orientées à contre-cisaillement et situées en périphérie des tourbillons, qui conduisent in fine aux instabilités écrites par l'analyse modale grâce à un mécanisme de contamination du cœur des tourbillons, initialement identifié par Antkowiak & Brancher 2004 sur un tourbillon isolé.

Les analyses de sûreté de fonctionnement standards sont basées sur la représentation des événements redoutés par des arbres de défaillances, qui les décrivent à l'aide de combinaison logiques d'événements plus basiques (formules Booléennes complexes). Les analyses quantitatives se font avec l'hypothèse que les probabilités d'occurrence de ces événements basiques sont connues. Le but de cette thèse est d'étudier l'impact de l'incertitude épistémique sur les événements élémentaires, ainsi que la propagation de cette incertitude à de plus hauts niveaux. Le problème soulevé est comment calculer l'intervalle de probabilité dans lequel se trouvera l'occurrence d'un événement redouté, lorsque les événements basiques qui le décrivent ont eux-mêmes une probabilité imprécise. Lorsque l'indépendance stochastique est supposée, on se retrouve avec un problème NP-hard. Nous avons donc développé un algorithme permettant de calculer l'intervalle exact dans lequel se trouvera la probabilité d'occurrence d'un événement redouté, grâce à des techniques d'analyse par intervalles. Cet algorithme a également été étendu dans le cas où les probabilités des événements basiques évolueraient en fonction du temps. Nous avons également utilisé une approche par fonctions de croyance pour étudier le cas où l'indépendance stochastique des événements ne peut pas être démontrée : on suppose alors que les probabilités viennent de différentes sources d'information Indépendantes. Dans ce cas, les mesures de plausibilité et de nécessité d'une formule Booléenne complexe sont difficiles à calculer, néanmoins nous avons pu dégager des situations pratiques dans le cadre de leur utilisation pour les Arbres de défaillances pour lesquelles elles se prêtent aux calculs.

Lorsqu’un avion atterrit, la force principale nécessaire pour arrêter l’avion est obtenue par le freinage. Par une réduction de la vitesse de rotation des roues, les freins provoquent une vitesse de glissement entre les pneus et la piste. C’est cette différence de vitesse qui génère la force de freinage capable de stopper l’avion. La modélisation de cette force est essentielle pour l’estimation de la longueur de piste à l’atterrissage. Les modèles classiques utilisés par les avionneurs sont assez simplistes et dérivent expérimentalement des modèles de frictions les plus simples. De sorte que ces modèles sont dans l’incapacité d’estimer l’influence de paramètres clefs influençant la force de freinage. Il s’agit, en particulier de la pression des pneus, de la nature de la gomme, de la température ambiante et de celle de la gomme, de l’état de la piste, de sa texture, etc. L’objectif de la thèse a été de développer un modèle de contact pneu-piste capable d’estimer la force de freinage. C’est le « Brush Model » qui a servi de base à cette modélisation. En phase de freinage la zone de contact est constituée d’une première zone de déformation de la gomme qui crée une force résistante en suivant la loi de Hooke, puis d’une seconde zone de glissement dont la force de résistance suit la loi de Coulomb. Ce modèle a été amélioré grâce aux résultats de la mécanique des structures pour la loi de Hooke et grâce aux résultats de la tribologie pour la loi de Coulomb. Ces deux modélisations faisant appel aux données issues de la science des matériaux. L’ensemble de ces modélisations a été enrichi par une coopération avec plusieurs centres de recherches ayant fourni de nombreux résultats expérimentaux. Le modèle obtenu a ensuite été confronté avec des résultats d’essais en vol obtenus avec « Airbus Operations S.A.S ». La thèse a validé le prétraitement des données d’essais ainsi que le processus d’identification qui a permis de montrer l’accord du modèle avec les résultats expérimentaux obtenus lors des essais en vol. Cette modélisation donne des résultats très encourageants, elle permet une compréhension beaucoup plus approfondie des effets de l’environnement sur les forces de freinage. De sorte que cette thèse a permis d’améliorer très sensiblement la compréhension fondamentale des phénomènes en jeu lors du freinage, au contact entre le pneu et la piste. Chez Airbus, les résultats obtenus vont servir de base pour les travaux à venir sur ce thème.

Ce manuscrit réunit les résultats d’études consacrées à la modélisation spatio-temporelle des affaiblissements de propagation dans la troposphère. La modélisation de ces affaiblissements est utile pour l’optimisation et le dimensionnement des dispositifs adaptatifs de gestion de la ressource des satellites de télécommunication opérant en bande Ka ou Q/V. Ce manuscrit est organisé autour de cinq articles de revues. Les deux premières contributions sont dédiées à la modélisation des distributions statistiques de contenus troposphériques en vapeur d’eau et en eau liquide à partir respectivement de mesures radiométriques et de bases de données climatiques. La troisième étude touche à l’évaluation des performances d’un système utilisant la diversité de site à partir de données de radar météorologique ; une étude de l’advection des champs précipitations et de son paramétrage par des sorties de modèles de prévision météorologique est également entreprise. Le quatrième article vise à établir une expression analytique de la distribution de la fraction d’une zone, d’une taille comparable à celle d’un faisceau satellite, affectée par la pluie ; ce modèle est établi en assimilant les champs de précipitations à des champs aléatoires. Le formalisme des champs aléatoires est repris dans le cinquième article qui propose une modélisation spatio-temporelle des champs de précipitations et des atténuations sous-jacentes à hautes résolutions et à l’échelle d’une couverture satellite continentale.

Dans les années 90, le problème de l’intégration des nombreuses fonctionalités nécessaires à l’autonomie de robots a donné naissance aux architectures robotiques, qui permettent aux différentes fonctions nécessaires aux robots autonomes de bien s’articuler entre elles : la perception, la décision et l’action. L’expérience dans ce domaine a montré les limites des différentes approches alors proposées. Récemment, de nouvelles architectures ont tenté de dépasser ces limites, principalement en unifiant la représentation du plan. Cette thèse propose à la fois un modèle de plan permettant de représenter les résultats de différents formalismes de décision, d’exécuter le plan qui en résulte, et de l’adapter en ligne. Ce modèle et le composant d’exécution et d’adaptation construit autour de lui ont été pensé dès l’origine pour le multi-robot : il s’agit de permettre l’exécution et l’adaptation de plans joints, c’est à dire de plans dans lesquels plusieurs robots coopèrent. Le composant logiciel construit durant cette thèse a de plus donné lieu à une validation expérimentale pour une coopération aéro-terrestre.

Depuis deux décennies, des efforts considérables ont été accomplis par les constructeurs d'aéronefs afin de diminuer les nuisances acoustiques externes dues aux appareils. Les progrès réalisés dans ce domaine mettent maintenant en avant le besoin d'amélioration du confort interne pour, d'une part, réduire les effets de fatigue des passagers et des membres d'équipage et, d'autre part, répondre aux critères de compétitivité entre les différents industriels du marché. Ce besoin demande de disposer d'outils de métrologie capables de renseigner sur les zones sources de bruit et cheminement associés, en cabine d'aéronefs, afin de cibler les traitements adaptés (passifs et/ou actifs). Dans le cadre de cette thèse, différentes techniques de localisation de sources (antennerie, holographie, intensité acoustique) sont présentées et utilisées pour repérer des zones de fort rayonnement acoustique en milieu confiné. Il s'avère que ces différentes méthodes de mesure sont soit, théoriquement inadéquates ou utilisables avec restrictions dans ce type de milieu (production de "sources virtuelles" par réflexions parasites, présence de sources extérieures au plan d'étude), soit inadaptées à des conditions de mesures rapides ou à des signaux non stationnaires. Suite à l'identification et à la sélection des techniques les plus pertinentes, un outil de simulation, spécifiquement développé lors de cette thèse, a été employé afin de conduire une étude paramétrique permettant de déterminer l'influence des conditions de mesure et d’optimiser les performances des techniques retenues. Enfin, une démarche expérimentale a été menée dans des environnements de complexité croissante. Après une analyse détaillée des résultats, des propositions d’amélioration des techniques les plus appropriées sont données.