La recherche de configurations d’aéronefs plus efficaces mène les ingénieurs à explorer de nouveaux concepts tels que l’aile volante, l’aile haubanée ou l’aile en jointive. Contrairement à la configuration classique aile-fuselage, qui est bien connue et étudiée, le comportement en vol de ces nouveaux concepts d'avion est peu connu. Dans ce contexte, la conception, la construction et les essais de modèles à l'échelle aéroélastiquement semblables se présentent comme un moyen peu risqué d'acquérir des connaissances expérimentales sur ces nouveaux concepts. Un modèle aéroélastiquement semblable présente le même comportement aéroélastique (mis à l’échelle) que l’avion de référence à échelle réelle. En général, le même comportement aéroélastique implique de reproduire les mêmes déplacements pour des conditions du flux d’air données, ainsi que les mêmes vitesses de flottement ou de divergence statique mises à l'échelle. Pour résoudre le problème de similitude, l'approche est divisée en trois parties. Dans le premier cas, nous traitons le problème de similitude aéroélastique lorsque les paramètres de similitude du flux aérodynamique peuvent être complètement préservés. Dans cette situation, le problème consiste simplement à reproduire la réponse dynamique modale de l’aile mise à l'échelle en optimisant les propriétés de la structure et de la masse. Dans la deuxième partie, nous nous concentrons sur l’optimisation du design de la forme de l’aile pour reproduire la réponse du flottement lorsque les paramètres de remise à l’échelle du flux aérodynamique ne peuvent pas être atteints.

En aéroacoustique numérique, la condition aux limites d’impédance temporelle (TDIBC) peut être utilisée pour modéliser un matériau absorbant acoustique localement réactif. Elle permet de calculer l’effet d’un matériau sur le champ acoustique après une distance d’homogénéisation,ce qui s’avère suffisamment précis pour la prédiction de niveaux sonores. L’objectif général de cette thèse est d’étudier les aspects physiques, mathématiques, et numériques des TDIBC, en partant de la littérature physique.La première partie de cette thèse définit des conditions d’admissibilité pour une TDIBC non-linéaire dans la formulation impédance, admittance, et scattering. Il est ensuite montré que les modèles physiques linéaires ont des transformées de Laplace irrationnelle et admettent dans le domaine temporel une représentation oscillante-diffusive à retard, dont l’interprétation physique est donnée. L’analyse permet d’obtenir la TDIBC discrète la mieux adaptée à chaque modèle physique, par opposition à une approche universelle qui consiste à postuler un modèle discret a priori, et suggère des manières élémentaires de calculer les pôles et les poids. La formulation temporelle proposée se réduit à la composition d’un ensemble d’équations différentielles ordinaires avec une équation de transport.La principale contribution de la seconde partie est la preuve de la stabilité asymptotique d’une équation des ondes multidimensionnelle couplée à diverses classes de TDIBC admissibles,dont la transformée de Laplace est une fonction positive-réelle. La démonstration repose sur la formulation d’un problème de Cauchy abstrait sur un espace d’état étendu en utilisant une réalisation de l’impédance, qui peut être de dimension finie ou infinie. La stabilité asymptotique du semi-groupe de contraction correspondant est ensuite obtenue en vérifiant les conditions spectrales du théorème de Arendt-Batty-Lyubich-V˜u.La troisième et dernière partie de cette thèse s’intéresse à la discrétisation des équationsd’Euler linéarisées avec une TDIBC. Elle démontre l’avantage numérique à utiliser l’opérateur de scattering plutôt que les opérateurs d’impédance et d’admittance, y compris pour les TDIBC non-linéaires. Cela est effectué par une analyse d’énergie semi-discrète de l’imposition faible d’une TDIBC générique et non-linéaire dans une méthode des éléments finis de type Galerkin discontinu. En particulier, l’analyse met en évidence que la seule définition d’un modèle discretn’est pas suffisante pour complètement définir une TDIBC. Pour appuyer l’analyse, un modèle physique non-linéaire élémentaire est obtenu et ses propriétés numériques sont étudiées dans un tube à impédance. Ensuite, l’obtention d’une TDIBC retardée large bande depuis les modèles physiques de coefficients de réflexion est démontrée pour les liners acoustique à un degré de liberté.Une discrétisation d’ordre élevée de la formulation temporelle proposée, qui consiste à composer un ensemble d’équations différentielles ordinaires avec une équation de transport, est appliquée à l’étude numérique de deux conduits aéroacoustiques.

La conception d'un nouvel avion est initiée durant la phase avant-projet. Dans un premier temps, les concepteurs d’aéronefs identifient un ensemble de concepts potentiels pouvant répondre aux exigences du client en s’appuyant sur des informations fournies par les spécialistes disciplinaires et experts système. Ensuite, les solutions sont évaluées via un processus de dimensionnement basé sur une analyse multidisciplinaire. Dans le domaine des avions de transport civil, les objectifs ambitieux en termes de consommation de carburant amènent à étudier des configurations innovantes incluant de nouvelles technologies. Cependant, peu de données sur de telles architectures sont disponibles dans les phases amont de la conception. Ainsi, afin d'éviter une sélection ou élimination erronnée d'une solution, un objectif clé de la recherche en conception d'aéronefs est l’ajout de connaissances dans l'analyse multidisciplinaire. Aujourd’hui, cet objectif est atteint avec différentes approches: application d’optimisations multidisciplinaires, ajout de précision grâce aux analyses haute fidélité, introduction de nouvelles disciplines ou systèmes et enfin, gestion de l'incertitude. Le rôle du concepteur est alors de combiner ces options dans un processus de conception multidisciplinaire afin de converger vers le concept le plus performant tout en répondant aux contraintes de certification. Afin d’illustrer ce processus, l’optimisation d'un avion de transport avec assistance au sol pour le décollage qui a mis en évidence l'impact des contraintes de certification sur la conception du véhicule a été effectuée. La revue successive des textes réglementaires et de recherches associées de la gestion du trafic aérien ont conclu à la nécessité d’inclure des simulations au sein de l’analyse multidisciplinaire. Tenant compte de ces conclusions, la recherche effectuée dans le cadre de cette thèse propose alors d’ajouter des connaissances en développant l’analyse et l’optimisation de la conception multidisciplinaire avec un nouveau module de contrainte de certification et des fonctionnalités de simulation complètes. Développé dans le cadre de la thèse, le module de contraintes de certification (CCM) a été utilisé pour résoudre quatre problèmes d’optimisation associés à un avion de transport civil classique basé sur l’outil de dimensionnement ONERA / ISAE-SUPAERO appelé FAST. Grâce à l'interface utilisateur du CCM, un gain de temps au niveau de la mise en place de ces optimisations a constaté. De plus, les résultats ont confirmé la nécessité de définir au mieux et dès que possible les contraintes de certification. Pour atteindre des capacités de simulation complètes, l'analyse multidisciplinaire au sein de FAST a été améliorée. Premièrement, l'outil d'analyse aérodynamique a été modifié afin de générer la base de données complète pour alimenter un modèle à 6 degrés de liberté. Ensuite, un nouveau module de calcul des propriétés d'inertie a été ajouté. Enfin, le simulateur open source JSBSim a été utilisé avec différentes lois de contrôle pour augmenter la stabilité et permettre la navigation automatisée. La comparaison entre les trajectoires de vol obtenues avec FAST et les données réelles sur les avions enregistrées avec une antenne ADS-B a confirmé la validité de l'approche.

Cette thèse étudie le problème de planification de vol et de la maintenance des avions militaires. D’abord, nous étudions la complexité de ce problème d’optimisation. Puis, nous proposons un modèle de programmation linéaire en nombres entiers (PLNE) pour le résoudre. Nous construisons un générateur d’instances et une heuristique pour générer des solutions initiales. Ensuite, nous appliquons l’Apprentissage Automatique pour améliorer la performance des modèles PLNE en utilisant des coupes valides générées à partir des conditions initiales et des coupes apprises à partir de la prédiction des caractéristiques de solutions optimales. Ces coupes sont appliquées à un nouveau modèle PLNE. Le résultat est une réduction du temps de résolution avec peu de pertes d’optimalité et de faisabilité par rapport aux méthodes matheuristiques alternatives. Finalement, nous présentons une nouvelle matheuristique pour résoudre efficacement des grandes instances. La méthode utilise une descente à voisinage variable qui combine la programmation dynamique (DP) et l’horizon glissant. La DP exploite une représentation en graphe de l’espace des solutions de chaque avion. Le résultat est des solutions rapides et presque optimales, et un passage à l’échelle efficace pour des instances de très grande taille.

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.

L’efficacité des méthodes d’optimisation modernes, associée à l’augmentation des ressources informatiques, a conduit à la possibilité d’utiliser ces algorithmes d’optimisation en temps réel agissant dans des rôles critiques. Cependant, cela ne peut se produire sans porter une certaine attention à la validité de ces algorithmes. Ce doctorat traite de la vérification formelle des algorithmes d'optimisation convexe lors qu'ils sont utilisés pour la guidance de systèmes dynamiques. En outre, nous démontrons comment les preuves théoriques des algorithmes d'optimisation en temps réel peuvent être utilisées pour décrire les propriétés fonctionnelles au niveau du code, les rendant ainsi accessibles à la communauté des méthodes formelles.

Dans la dernière partie, des simulations numériques sur le claquage micro-ondes et la formation de structures filamentaires de plasma sont conduites. Les effets de différents types d’approximations sur le modèle physique du plasma sont analysés. Puis, ces expériences numériques démontre la précision et l’efficacité, en terme de temps de calcul, de la méthode multi-échelle proposée. Enfin, on étudie les effets de chauffage du gaz sur la formation et l’entretien de structures filamentaires dans l’air à pression atmosphérique. Pour cela, le modèle micro-onde-plasma développé est couplé avec les équations de Navier-Stokes instationnaires pour les écoulements compressibles. Les simulations montrent des caractéristiques intéressantes de la dynamique de ces structures plasma pendant le processus de chauffage du gaz, qui sont en accord étroit avec les données expérimentales.

La thèse est une étude d'approches probabilistes pour la modélisation et l'analyse de systèmes temps réel. L'objectif est de comprendre et d'améliorer le pessimisme qui existe dans l'analyse du système. Les systèmes temps réel doivent produire des résultats avec des contraintes de temps réelles. L'exécution des tâches dans le système est basée sur leur pire temps d'exécution. En pratique, il peut y avoir de nombreux temps d'exécution possibles inférieurs au pire des cas. Nous utilisons le temps d’exécution probabiliste dans le pire cas, qui est une distribution de probabilité dans le pire des cas, qui limite tous les temps d’exécution possibles. Nous nous approchons avec le modèle de chaîne de Markov à temps continu pour obtenir des probabilités de manquer une contrainte de synchronisation dans le monde réel. Nous étudions également les systèmes de criticité mixte (MC) car ceux-ci ont également tendance à faire face au pessimisme dans un souci de sécurité. Les systèmes MC consistent en des tâches d’importance ou de criticité ged différentes. Le système fonctionne sous différents modes de criticité dans lesquels l'exécution des tâches de criticité identique ou supérieure est assurée. Nous abordons d’abord les systèmes MC en utilisant la chaîne de Markov en temps discret pour obtenir la probabilité que le système entre dans des niveaux de criticité plus élevés. Nous observons certaines limites de nos approches et nous procédons à la modélisation des systèmes probabilistes MC à l'aide de modèles Graph. Nous remettons en question les approches existantes dans la littérature et fournissons les nôtres. Nous obtenons des calendriers pour les systèmes MC optimisés pour l'utilisation des ressources. Nous faisons également le premier pas vers la dépendance entre les tâches en raison de leur scheduling.

Les travaux menés dans cette thèse de doctorat s’inscrivent dans le cadre d’un effort plus large d’automatisation des systèmes de simulation industriels. Dans l’industrie aéronautique, et plus particulièrement au sein d’Airbus, l’application historique de la simulation est la formation des pilotes. Il existe aussi des utilisations plus récentes dans la conception de systèmes, ainsi que dans l’intégration de ces systèmes. Ces dernières utilisations exigent un très haut degré de représentativité, là où historiquement le plus important était le ressenti du pilote. Les systèmes sont aujourd’hui divisés en plusieurs sous-systèmes qui sont conçus, implémentés et validés indépendamment, afin de maintenir leur contrôle malgré l’augmentation de leurs complexités et la réduction des temps de mise sur le marché. Airbus maîtrise déjà la simulation de ces sous-systèmes, ainsi que leurs intégrations en simulation. Cette maîtrise est empirique, les spécialistes de la simulation reprennent l’ordonnancement d’intégrations précédentes, et l’adaptent à une nouvelle intégration. C’est un processus qui peut parfois être chronophage, et qui peut introduire des erreurs. Les tendances actuelles de l’industrie sont à la flexibilité des moyens de production, à l’intégration d’outils logistiques permettant le suivi, à l’utilisation d’outils de simulation en production, et à l’optimisation des ressources. Les produits sont de plus en plus souvent des itérations d’anciens produits améliorés, et les tests et simulations intégrés à leurs cycles de vie. Travailler de manière empirique dans une industrie qui nécessite de la flexibilité est une contrainte, et il est aujourd’hui important de facilement modifier des simulations. La problématique est donc de mettre en place des méthodes et outils permettant a priori de générer des ordonnancements de simulations représentatifs. Afin de répondre à ce problème, nous avons mis en place une méthode permettant de décrire les composants d’une simulation, la manière dont cette simulation pourra être exécutée, ainsi que des fonctions permettant de générer des ordonnancements. Par la suite, nous avons implémenté un outil afin d’automatiser la recherche d’ordonnancement, en se basant sur des heuristiques. Enfin nous avons testé et vérifié notre méthode et outils sur des cas d’études académiques et industriels.

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.