Dans le secteur aérospatial, la conception de contrôleurs pour des systèmes évoluant sur un domaine de vol étendu constitue un défi majeur. La dépendance non-linéaire de la dynamique de ces systèmes à des paramètres variant dans le temps, les saturations des actionneurs, et les incertitudes de modélisation comptent parmi les sources de difficulté les plus importantes. Les exigences croissantes en terme de performance et les contraintes de coût associées aux applications industrielles modernes rendent la tâche d’autant plus ardue pour l’ingénieur automaticien, qui doit alors le plus souvent recourir à un processus itératif coûteux. Il existe donc un réel besoin de développer des algorithmes et des outils avancés pour traiter les non-linéarités et les incertitudes, et qui soient applicables à des systèmes aérospatiaux réalistes. Les travaux de thèse s’inscrivent dans ce contexte. L’objectif est de mettre en place une méthodologie pour la conception de lois de contrôle pour des systèmes incertains à paramètres variants, et avec saturation des actionneurs. Pour ce faire, l’idée est d’exploiter et de combiner de manière pertinente le séquencement de gain, la théorie de la commande robuste H-infini, la synthèse anti-windup, et les méthodes d’analyse de robustesse (mu-analyse et analyse IQC) durant la phase de conception. Dans cette optique, la mu-analyse probabiliste fait l’objet de contributions théoriques et algorithmiques qui permettent de mieux répondre aux besoins industriels par rapport à la mu-analyse classique. Le développement de la méthodologie générale s’appuie sur l’étude d’une application aéronautique spécifique, à savoir un concept innovant de projectile guidé gyrostabilisé, caractérisé par de fortes non-linéarités et des couplages dynamiques importants. L’étude de ce système va de la modélisation en boucle ouverte jusqu’aux simulations de Monte Carlo non-linéaires en boucle fermée, illustrant la méthodologie proposée dans un cadre applicatif réaliste.

La formation de givre sur les profils aéronautiques présente un danger important pour la sécurité des appareils. Les stratégies d’anti-givrage peuvent amener à la formation de ruisselets liquides à la suite de films d’eau continus, mais ces ruisselets ne sont pas pris en compte dans la simulation des phénomènes et peuvent regeler sur les profils, rendant leur compréhension nécessaire. A travers l’étude de la littérature, deux dispositifs sont étudiés. Le premier dispositif est celui de la plaque inclinée, sur laquelle le liquide s’écoule sous l’effet de la gravité. Le second dispositif est celui du disque tournant, où un volume de liquide est posé au centre d’un disque : les forces d’inertie induites par la rotation provoquent l’étalement du liquide. L’étude du premier dispositif permet d’observer deux états d’équilibre : le pincement lorsque l’hystérésis est restreinte, et le film parallèle lorsqu’elle est étendue. L’étude de l’état transitoire montre l’apparition de ruisselets transitoires, dont les lignes triples restent fixées si l’hystérésis est trop grande. Les codes de simulations utilisés à l’ONERA arrivent à retrouver ces ruisselets et l’état d’équilibre de pincement, mais l’hystérésis n’est pas prise en compte, et ils n’arrivent pas à retrouver le comportement en film parallèle. Les études sur le disque tournant permettent d’étendre une partie des résultats de la littérature mais une influence de l’état de surface sur le déclenchement de la transition est observée expérimentalement. Il manque des données expérimentales pour être interprété plus en détail. Un premier modèle est développé pour modéliser le comportement des ruisselets, mais une meilleure modélisation de l’écoulement dans la tête semble ici aussi nécessaire.

De par leurs hautes caractéristiques mécaniques rapportées à leur faible masse, les matériaux composites sont de plus en plus utilisés pour la fabrication de structures primaires aéronautiques. Néanmoins les mécanismes d’endommagement de ces matériaux restent complexes, en particulier lorsqu’ils sont soumis à des sollicitations telles que les impacts, les chargements en compression induisant flambage ou post-flambage ou encore les chargements multiaxiaux. La simulation de ces endommagements reste un challenge et limite l’utilisation de modèles numériques lors du processus de design et de certification. Il en résulte l’allongement de la durée de conception et l’augmentation des coûts de développement.Pour réduire ces coûts, de nombreux travaux portent sur la modélisation de l’impact basse vitesse et de la compression après impact, cas de chargement le plus critique pour un stratifié composite endommagé en impact. Généralement, ces études portent sur des éprouvettes à l’échelle du coupon pour évaluer la tenue résiduelle de ces structures et les dimensionner en tolérance aux dommages d’impact. Le « Discrete Ply Model » (DPM), développé depuis une dizaine d’années à l’Institut Clément Ader, s’inscrit dans cette démarche. Pour évaluer la tenue résiduelle de la structure après impact, le DPM permet de simuler les endommagements se développant lors d’un impact et lors de la compression après impact à partir d’un même modèle de calcul par éléments finis.Toutefois, les conditions aux limites préconisées par les normes d’impact et de compression après impact semblent conservatives. Elles ne permettent pas de représenter le comportement réel des structures composites. En effet ces dernières sont, dans la majorité des cas, des panneaux raidis, qui ne sont pas soumis uniquement à des sollicitations uniaxiales mais également à des chargements multiaxiaux couplés au flambage de la structure.L’objectif des travaux de thèse est d’étudier l’interaction entre les dommages d’impact à moyenne vitesse et des chargements complexes après impact sur des stratifiés composites à l’échelle des détails structuraux. La réalisation d’une campagne expérimentale d’impacts suivis de chargements complexes a permis d’effectuer un dialogue essai/calcul entre les résultats expérimentaux et les résultats numériques du DPM pour valider son utilisation avec de nouveaux cas de chargement.La modélisation de l’endommagement des stratifiés composites coûte très cher en temps de calcul et limite grandement l’utilisation de modèles tels que le DPM dans l’industrie. Ce problème est logiquement accentué lorsque les modélisations portent sur des essais à l’échelle des détails structuraux. C’est pourquoi les travaux de thèse ont également porté sur l’optimisation du DPM avec le développement d’un nouvel élément permettant de mieux représenter le comportement des matériaux composites et de diminuer les coûts de simulation.

L'accès à Internet par satellite permet de connecter des régions isolées de la terre ou des utilisateurs en mouvement, pour lesquels une solution terrestre peut s’avérer couteuse voire impossible. L’utilisation de constellations de satellite en orbite basse permet de transmettre avec des délais similaires à ceux des transmissions terrestres, permettant l’utilisation des protocoles de transport classiques comme TCP. L’utilisation d’un tel environnement engendre cependant des contraintes spécifiques à ce type de réseau, comme des délais de transmission variables et un important taux d’erreur, principalement lors de la traversée de l’atmosphère. Pour compenser ces forts taux de pertes, des mécanismes de fiabilisation doivent être introduit au niveau des couche basse. Ces mécanismes ont toutefois un impact négatif sur les performances des protocoles de transport, notamment TCP, limitant grandement le débit. Le but de cette thèse est de comprendre dans un premier temps les interactions entre les mécanismes de fiabilisation et les protocoles de transport, pour ensuite proposer des solutions permettant d’améliorer la qualité des transmissions.

La réduction des émissions polluantes est actuellement un enjeu majeur au sein du secteur aéronautique. Parmi les solutions développées par les motoristes, la combustion en régime pauvre apparaît comme une technologie efficace pour réduire l’impact de la combustion sur l’environnement. Or, ce type de technologie favorise l’apparition d’instabilités de combustion issues d’un couplage thermo-acoustique. Des études expérimentales précédemment menées à l’ONERA ont mis en évidence l’importance de l’atomisation au sein d’un injecteur multipoint sur le phénomène d’instabilités de combustion. L’objectif de cette thèse est de mettre en place la méthodologie multi-échelle pour reproduire les phénomènes de couplage entre l’atomisation du jet liquide en présence d’un écoulement gazeux transverse (configuration simplifiée d’un point d’injection d’un injecteur multipoint) et d’une perturbation acoustique imposée, représentative de l’effet d’une instabilité de combustion. Ce type d’approche pourra, à terme, être utilisé pour la simulation instationnaire LES d’un système de combustion, et permettra de déterminer les temps caractéristiques de convection du carburant liquide pouvant affecter les phénomènes d’évaporation et de combustion, et donc l’apparition des instabilités de combustions. Afin de valider cette approche, les résultats issus des simulations sont systématiquement comparés aux observations expérimentales obtenues dans le cadre du projet SIGMA. Dans un premier temps, une simulation du jet liquide en présence d’un écoulement gazeux transverse est réalisée. Cette simulation a permis de valider l’approche multi-échelle : pour cela, les grandes échelles du jet, ainsi que les mécanismes d’atomisation reproduits par les simulations, sont analysés. Ensuite, l’influence d’une perturbation acoustique sur l’atomisation du jet liquide est étudiée. Les comportements instationnaires du jet et du spray issu de l’atomisation sont comparés aux résultats expérimentaux à l’aide des moyennes temporelles et des moyennes de phase.

L’occlusion est un problème dans la visualisation volumétrique car elle empêche la visualisation directe d’une région d’intérêt. Alors que la plupart des systèmes existants utilisent une combinaison de techniques de rendu en volume direct (DVR) et de leur fonction de transfert (TF) correspondante, nous avons envisagé des techniques d’interaction alternatives pour explorer ces ensembles de données.Tout d’abord, nous avons proposé un nouveau système de visualisation interactive pour les bagages numérisés en 3D, accéléré par les techniques GPGPU, conformément aux besoins que nous avons extraits de l’enquête contextuelle auprès des agents de sécurité de l’aéroport.Deuxièmement, nous avons proposé une nouvelle technique qui associe un rendu volumétrique de haute qualité à une lentille rapide, polyvalente et facile à utiliser pour prendre en charge l’exploration interactive des données occluses dans des volumes.

Cette thèse s’inscrit dans le domaine de l’automatique, et a pour but de fournir des outils utiles à l’atterrissage en mer d’hélicoptères (sur navire ou plateforme) et employés dans le cadre d’un potentiel pilotage automatique. L’objectif a donc été de développer une série de lois de commande pilotées manuellement, puis commandées de façon autonome à l’aide d’informations caméra. Les lois ainsi développées à l’aide de modèles dynamiques d’hélicoptères, limitations mécaniques incluses, se basent sur les critères de Qualité de Vol issus de la norme ADS-33. L’ensemble a fait appel à une approche anti-windup pour améliorer la robustesse face aux situations d’actionneurs en saturation. Enfin les lois issues de ces travaux ont été testées en temps-réel sur le banc de pilotage d’hélicoptères de l’ONERA Salon-de-Provence.

Cette thèse étudie des méthodes de conception aérodynamique pour les avions de ligne de demain. A l'heure actuelle, les avions de ligne sont en général conçus de manière à ce que les moteurs, conçus séparément du reste de l'aéronef, n'interagissent que très peu avec la cellule de l'avion (la voilure, le fuselage,...). Pour diminuer la consommation de carburant, de nouveaux concepts comme l'ingestion de couche limite émergent, dans lesquels l'avion est conçu pour tirer profit des interactions aérodynamiques qui peuvent s'établir entre le moteur et la cellule de l'avion sur certaines configurations. Il devient alors nécessaire de simuler ces interactions pour s'assurer que le bénéfice pour l'avion en termes de consommation de carburant est réel. La méthode développée dans cette thèse a pour objectif de rendre possible la simulation de ces interactions, à un coût de calcul qui reste acceptable. La soufflante, qui est l'élément du moteur le plus à même d'interagir avec l'avion, est modélisée à l'aide d'un champ de force qui reproduit son aspiration de l'écoulement d'air. Cette approche permet de reproduire les interactions aérodynamiques entre l'avion et ses moteurs à un coût 50 fois inférieur à celui d'une simulation complète du moteur et de l'avion, ce qui permettra en pratique d'optimiser les lignes aérodynamiques des futurs avions.

La certification des aéronefs au crash ou à l’atterrissage dur nécessite de concevoir et dimensionner des structures légères vérifiant les exigences d’absorption d’énergie. Le critère de performance est l’énergie d’absorption spécifique (Specific Energy Absorption, SEA). Nos travaux expérimentaux et numériques visent une meilleure compréhension de la contribution favorable ou défavorable des modes de ruine à la stabilité et à l’amplitude de l’énergie consommée. Le travail expérimental, réalisé sur des échantillons plaques stratifiées en T700/M21 faible grammage et interlock 55% ou 100%, compare les niveaux et les évolutions des forces d’écrasement avec l’apparition et le maintien des modes de ruine majeurs que sont l’évasement, les fragmentations en coeur de plis et localisée en bout de pli. L’observation et la mesure des processus dynamiques de fragmentation représentent un verrou contourné ici par une analyse point à point de la synchronisation entre les films des essais et les courbes force-déplacement, et par l’observation post-mortem des échantillons, des débris et des fragments. Les plaques ont une performance à l’écrasement sensible à l’épaisseur des plis et aux vitesses de déformation. Pour les interlocks, c’est le sens de tissage qui a le plus d’effet sur l’amplitude et la stabilité de la SEA, et génère un évasement global plus instable. La simulation numérique dynamique transitoire non-linéaire est utilisée comme outil complémentaire de mesure et d’analyse des essais sur plaques T700/M21 [0°/90°]. La morphologie d’écrasement est bien reproduite. L’analyse des processus de ruine à l’échelle du pli fait apparaître l’interaction entre la résistance mécanique en compression transverse du matériau (Yc) et la résistance à la déchirure en cisaillement de la structure (GIIc), et l’articulation et/ou la compétition entre évasement et fragmentation en coeur de pli qui en découlent. La mesure de la contribution des trois modes de ruine dans l’énergie consommée effectuée au travers de l’évolution des seuils de ruine permet de suivre l’évolution correspondante de l’effort d’écrasement. Une étude a été menée sur la robustesse du modèle, et permet d’évaluer plus généralement la sensibilité en amplitude et en stabilité de la SEA aux propriétés de résistance mécanique identifiées comme influentes.

Nous examinons la possibilité de déployer un service Lower-than-Best-Effort (LBE)sur des liens à long délaitels que des liens satellites. L'objectif est de fournir une deuxième classe de priorité dédiée à un trafic en tâche de fondou untrafic de signalisation. Dans le contexte des liens à long délai, un service LBE peutaider à optimiser l'utilisation de la capacité du lien. En outre, un service de LBE peut permettre un accès àInternet à faible coût ou même gratuit dans les collectivités éloignées via la communication par satellite. Il existe deux niveaux de déploiement possible d'une approche de LBE: soit à la couche MAC ou soità la couche de transport. Dans cette thèse, nous nous intéressons à une approche de bout-en-bout et donc nous nous concentronsspécifiquement sur les solutions de la couche transport. Nous proposons tout d'abord d'étudier LEDBAT (Low Extra Delay Background Transport)en raison de son potentiel. En effet, LEDBAT a été normalisé par l'IETF et est largement déployé dans le client BitTorrent officiel. Malheureusement, le réglagedes paramètres de LEDBAT dépendfortement des conditions duréseau. Dans le pire des cas, les flux LEDBAT peuvent prendre toute la bande passante d'autre trafic tels que le trafic commercial sur le liensatellite. LEDBAT souffre également d'un problème intra-inéquité, appelé latecomer advantage. Toutes ces raisons empêchent souvent les opérateurs depermettre l'utilisation de ce protocole sur lelien sans fil et à long délaipuisqu'une mauvaise configuration peut surcharger la capacité du lien. Pour répondre à l'ensemble de ces problèmes, nous proposonsFLOWER, un nouveau protocole de transport, qui se positionne comme alternative à LEDBAT. En utilisant un contrôleur de logique flouepour régulerle débit des données, FLOWERvise à résoudre les problèmes de LEDBAT tout en remplissant le rôle d'un protocole de LBE. Dans cette thèse, nousmontronsque FLOWERpeut transporter le trafic deLBE non seulement dans le contexte à long délai, mais dans plusieursconditions duréseau où LEDBAT se trouve en échec.