L’essor des satellites artificiels couvrant des applications de télécommunication et d’observation scientifique, ainsi que des besoins miliaires, requiert le développement de puissants systèmes d’alimentation électrique en milieu spatial.Ces systèmes reposent très majoritairement sur la conversion photovoltaïque et la technologie des cellules solaires à multi-jonction (MJSC).La structure standard de MJSC utilisée pour les applications spatiales est la tri-jonction GaInP/(In)GaAs/Ge. Afin d’augmenter le rendement de cette MJSC, il est nécessaire de mieux exploiter le proche infrarouge en remplaçant la souscellule de germanium ou en introduisant une 4e sous-cellule dont l’énergie de bande interdite est égale à 1 eV. Cette cellule doit avoir le même paramètre de maille que Ge ou GaAs et doit être capable de générer environ 15 mA/cm2 en condition d’intégration. De plus, il est indispensable que cette cellule soit résistante aux radiations spatiales afin de garantir une longue durée de vie de la structureMJSC.Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié le quaternaire InGaAsN pour répondre à ces exigences d’intégration MJSC et de tenue en milieu spatial. Nous avons commencé par faire croître des couches cellules solaires et des couches bulk d’InGaAsN par épitaxie par jets moléculaires (EJM). De nombreuses caractérisations matériaux nous ont permis de comprendre l’impact des conditions de croissance épitaxiale sur les propriétés opto-électroniques de l’InGaAsN et ainsid’optimiser notre procédé de fabrication.Des cellules solaires ont par ailleurs été fabriquées en salle blanche (lithographie, métallisation, gravure) avant d’être caractérisées par mesure courant tension et réponse spectrale. En conditions d’intégration MJSC, nos cellules pourraient générer des densités de courant environ égales à 8 mA/cm2. L’intégration de ces cellules au sein d’une structure tandem GaAs/InGaAsN a par ailleurs étédémontrée. Des cellules solaires InGaAsN ainsi que des échantillons pour la photoluminescence (PL) et la spectroscopie de défauts profonds (DLTS) ont par la suite été irradiés sous électrons et protons 1 MeV. La comparaison des caractéristiques matériaux et cellules avant et après irradiation nous a permis d’analyser les mécanismes de dégradation ayant lieu dans l’InGaAsN. Globalement, les cellules solaires d’InGaAsN apparaissent plus résistantes aux irradiations électroniques et protoniques que les cellules de GaAs.

Les travaux développés dans cette thèse concernent la théorie du contrôle ont pour objectif de proposer une nouvelle approche pour l'étude de stabilité d'un système de dimension infinie où une équation différentielle ordinaire est couplée à une équation de transport par les termes de bord du domaine spatial. L’idée est d'exploiter des travaux récents effectués dans le cadre des systèmes à retard pour quantifier la stabilité d’un système couplant une équation aux dérivées partielles à des équations différentielles. Ces travaux s’appuient sur les polynômes de Legendre et l’inégalité de Bessel, pour construire une approche de la stabilité par la méthode de Lyapunov et l’utilisation d’inégalités matricielles linéaires. Les polynômes de Legendre servent à la construction d’une fonctionnelle de Lyapunov basée en partie sur une approximation polynomiale de l'état de l'équation de transport (qui est de dimension infinie). Le manuscrit s’articule en plusieurs étapes. Après la présentation d’un simple modèle couplant des équations différentielles ordinaires avec une équation de transport, l’approximation de l’état de dimension infinie utilisant une projection sur les polynômes de Legendre est décrite. La méthode de Lyapunov est ensuite développée et son fonctionnement nécessite la production de conditions de stabilité sous forme d’inégalités matricielles linéaires. Ces conditions permettent des tests numériques effectués sur des exemples académiques. Des cas plus difficiles sont abordés au fil du document, allant d’une unique équation de transport à plusieurs équations aux vitesses différentes, la prise en compte d’un terme de couplage entre celles ci via un potentiel ou via le bord du domaine. Enfin, un tel couplage avec une équation de transport pouvant être une description alternative d’un système à retard, une étude de la stabilité de ce dernier est développée en utilisant des modèles différents du système couplé, dans le but de réduire la complexité des conditions de stabilité données sous forme des inégalités matricielles.

L’objectif de cette thèse est de fournir une approche générale permettant d’aborder les problèmes de contrôle aéroélastique.Tout d’abord, un modèle d’aile oscillante est développé afin de rendre compte des phénomènes d’hystérésis des charges aérodynamiques et de décrochage dynamique qui peut être observé, particulièrement à fort angles d’attaque ou à faible nombre de Reynolds. Le modèle est alors entraîné et comparé avec succès aux résultats expérimentaux obtenus pour une aile NACA 0018. Ce modèle, comme de nombreux modèles aérodynamiques, souffre d’une complexité inhérente et de non-linéarités qui rendent son analyse et son contrôle complexes. Par conséquent, le modèle a été modifié afin d’inclure les non-linéarités dans une formulation polytopique aux paramètres incertains. S’appuyant sur la théorie de la commande linéaire quadratique et utilisant les inégalités des matrices linéaires, plusieurs théorèmes sont développés, considérant les saturations qui sont un problème majeur et récurent de la dynamique du vol. Les théorèmes sont alors appliqués avec succès au cas du stall flutter en présence de saturations en position et en vitesse.

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.

Ce manuscrit présente des résultats de recherche concernant une certaine classe de systèmes hybrides. Les systèmes hybrides peuvent être utilises pour la modélisation de systèmes physiques complexes et hétérogènes dont l’évolution dans le temps présente des phénomènes discrets, tels que les commutations des convertisseurs ou les impacts des systèmes mécaniques. De la même manière, la théorie hybride peut être utilisée pour concevoir des contrôleurs hybrides, en général plus performants par rapport aux contrôleurs a temps continu. Dans ce cadre, les résultats de ce manuscrit peuvent être divises en trois parties. D'abord des résultats de stabilité par rapport à un indice de performance de type Hinfini sont présentes pour une classe plutôt large de systèmes hybrides Ensuite, nous introduisons de nouvelles architectures de contrôleurs hybrides pour les systèmes à temps continu caractérisées par le fait que leur état peut être réinitialisé en fonction de la trajectoire. Enfin, nous présentons une technique de synthèse convexe pour la conception d'un contrôleur hybride multi-objectif. La comparaison avec les résultats classique met en évidence les avantages en termes de performance par rapport aux contrôleurs a temps continu classiques, tout en préservant la propriété de robustesse et la simplicité de conception. Bien que la théorie hybride soit en plein développement, ces travaux généralisent certains résultats existants, en améliorant la simplicité d’implémentation des solutions grâce à l'utilisation de la programmation semi-definie. En plus les architectures de contrôleurs hybrides présentées ont l'avantage de simplifier la généralisation de quelques résultats classiques concernant la synthèse optimale par rapport à des indices de performance communs.

La principale difficulté pour la navigation autonome d'un robot dans un environnement partiellement ou totalement inconnu vient naturellement du manque d'informations sur l'environnement : on ne peut assurer que le chemin calculé soit aussi court et aussi sûr que le chemin calculé avec une connaissance parfaite de l'environnement. Les informations sur l'environnement sont obtenues au fur et à mesure de la navigation avec un degré variable de certitude qui dépend de l'environnement lui-même, des capacités de perception et la localisation du véhicule, et c'est l'acquisition des informations pertinentes pour la tâche de navigation qui conditionne sa bonne réalisation. Les travaux proposés sont réalisés dans ce contexte : ils définissent une stratégie de navigation qui est basée sur la détermination des zones où l'information est nécessaire au robot pour atteindre le but.

Le développement de tests pour les systèmes d’avioniques met en jeu une multiplicité de langages de test propriétaires, sans aucun standard émergent. Les fournisseurs de solutions de test doivent tenir compte des habitudes des différents clients, tandis que les échanges de tests entre les avionneurs et leurs équipementiers / systémiers sont entravés. Nous proposons une approche dirigée par les modèles pour s’attaquer à ces problèmes: des modèles de test sont développés et maintenus à la place du code, avec des transformations modèle-vers-code vers des langages de test cibles. Cette thèse présente trois contributions dans ce sens. La première consiste en l’analyse de quatre langages de test propriétaires actuellement déployés. Elle nous a permis d’identifier les concepts spécifiques au domaine, les meilleures pratiques, ainsi que les pièges à éviter. La deuxième contribution est la définition d’un méta-modèle en EMF Ecore, qui intègre tous les concepts identifiés et leurs relations. Le méta-modèle est la base pour construire des éditeurs de modèles de test et des motifs de génération de code. Notre troisième contribution est un d´démonstrateur de la façon dont ces technologies sont utilisées pour l’élaboration des tests. Il comprend des éditeurs personnalisables graphiques et textuels pour des modèles de test, ainsi que des transformations basées-motifs vers un langage du test exécutable sur une plateforme de test réelle.

Les travaux présentés dans ce mémoire constituent une contribution à la conception de méthodes systématiques pour l’analyse et la commande de systèmes périodiques et incertains. Une partie importante de cette thèse est également consacrée au contrôle d’attitude de satellites dont la dynamique se prête naturellement à une représentation sous forme de modèles périodiques soumis à des incertitudes. La première partie propose une présentation unifiée des résultats d’analyse et de synthèse de modèles périodiques et incertains à temps-discret via des méthodes basées sur des inégalités linéaires matricielles (LMI) et en s’appuyant sur la théorie de Lyapunov. Par la suite, l’accent est mis sur une nouvelle classe de correcteurs périodiques à mémoire pour lesquels l’entrée de commande est construite en utilisant l’historique des états du système conservés en mémoire. Des exemples numériques démontrent que ces nouveaux degrés de liberté permettent de repousser les limites des performances robustes. La seconde partie s’intéresse aux aspects de périodicité et de robustesse du contrôle d’attitude de satellite rencontrés notamment lors de l’utilisation des magnéto-coupleurs. Ces actionneurs s’appuient sur le champ géomagnétique variant périodiquement le long de l’orbite du satellite. Différentes stratégies de commande sont mises en œuvre et comparées entre elles avec le souci constant de tenir compte des principales limitations des actionneurs. Cette démarche conduit à une nouvelle loi de commande périodique régulant le moment cinétique des roues à réactions sans perturber le contrôle d’attitude dont l’effort de commande est réparti sur l’ensemble des actionneurs.

Dans le cadre de la robotique mobile volante, il est nécessaire d'utiliser des caméras légères en ambiance peu lumineuse. Elles ont donc en général une profondeur de champ réduite, ce qui pose problème dans le cadre de la vision panoramique. Cette thèse a pour objet le flou dans les systèmes catadioptrique. L'origine du flou dans ces systèmes à miroirs a été identifiée, et les paramètres internes et externes ont été étudiés afin de déterminer leur influence. Le cas de la caméra hypercatadioptrique a été analysé en détail et les zones de netteté ont été définies pour tous les types de systèmes catadioptriques. Ensuite, l'étude s'est orientée vers la diminution du flou, en utilisant deux approches complémentaires : l'approche matérielle, qui consiste à définir les paramètres optimaux pour minimiser le flou, et l'approche logicielle, qui consiste à traiter l'image a posteriori, avec les particularités de notre étude. Un système de vision catadioptrique multimiroirs a été conçu et fabriqué. La dernière partie expose divers travaux effectués dans le cadre de cette thèse.

La théorie de la commande a évolué de façon significative dans le domaine de l'automatique non-linéaire. Cependant, les méthodes utilisées actuellement dans l'industrie aérospatiale sont le plus souvent basées sur des techniques de commande linéaire. Les spécifications, toujours plus exigeantes en termes de fiabilité et performance, imposent l'utilisation de techniques de plus en plus complexes. Ainsi, l'industrie cherche des solutions dans les nouvelles techniques de la théorie de la commande non-linéaire. En particulier, la limitation des actionneurs représente un phénomène non-linéaire commun dans la plupart des systèmes physiques. Des actionneurs saturés peuvent engendrer la dégradation de la performance, l'apparition de cycles limites ou d'états d'équilibre non désirés et même l'instabilité du système bouclé. Le but de la thèse est d'adapter et de développer les techniques de synthèse anti-windup à la commande de haute précision des axes angulaires et linéaires de satellites. Dans le domaine spatial, cet objectif se retrouve dans les missions de commande en accélération et aussi du vol en formation. Ces missions utilisent des propulseurs de haute précision où leur capacité maximale est très basse. Ces systèmes propulsifs présentent une modélisation particulière. Des fonctions de répartition adaptées à la synthèse anti-windup ont été étudiées. De plus, en tenant compte de l'état de l'art de la synthèse anti-windup, il y a un vrai besoin d'utiliser des techniques de symétrisation pour la fonction saturation. Le but principal de ce travail consiste à utiliser les techniques développées sur une application aérospatiale. A titre d'exemple, une stratégie complète est proposée afin de contrôler l'attitude et la position relative d'une mission de vol en formation.