L'appontage d'avions demeure aujourd'hui un exercice difficile dont la réussite conditionne l'efficacité d'un groupe aéronaval. Dans la marine française, des systèmes d'aide améliorent la perception du pilote durant l'appontage. Il n'existe cependant pas de système automatique qui permettrait l'emploi d'avions sans pilote sur porte-avions. Les travaux réalisés durant cette thèse ont donc pour objet un système d'appontage à l'aide d'un capteur de vision de l'avion. Utilisant les capteurs de l'aéronef, les différentes fonctions d'un tel système reposent sur la détection du porte-avions dans l'image initiale, son suivi au cours de la séquence et la commande de l'avion et de la tourelle de sa caméra. Cette étude propose des solutions pour ces fonctions en se basant sur les techniques de l'état de l'art. La détection du navire repose sur l'utilisation des capteurs de l'avion et d'une image de référence du porte-avions afin d'initialiser le suivi du porte-avions. Ce dernier est assuré par des algorithmes de suivi 3D basé modèle et de suivi 2D dense qui fournissent les mesures utilisées par la commande. La commande de l'avion par asservissement visuel repose sur des primitives visuelles contenues dans le plan image et dont les valeurs désirées restent constantes pour la trajectoire désirée. Les mouvements du porte-avions sont pris en compte à l'aide de la vision et la commande de la tourelle se base également sur des primitives visuelles. Les méthodes de vision sont validées sur des images réelles et des images provenant d'un simulateur réaliste. La commande est d'abord évaluée sans algorithme de vision afin de la caractériser. Enfin, l'ensemble de la chaîne est ensuite évaluée sur des simulations réalistes et montre son efficacité.

Cette thèse porte sur la navigation sans collision d'un véhicule aérien à décollage et atterrissage vertical en environnement inconnu ou incertain. L'utilisation du flot optique, inspirée du monde animal, permet d'obtenir des informations sur la vitesse du véhicule et sur la proximité des obstacles. Deux contributions sont présentées dans ce travail. La première aborde l'atterrissage automatique sur une plateforme statique ou mobile. La manœuvre se décompose en deux tâches : la stabilisation de la vitesse au-dessus de la cible, puis l'atterrissage vertical. L'approche montre que la régulation du flot optique divergent autour d'une consigne constante permet un atterrissage en douceur et sans collision malgré les incertitudes sur la dynamique de la plateforme et du véhicule. La deuxième contribution concerne le suivi de terrain avec évitement d'obstacles. L'approche générale proposée permet d'aborder différentes applications telles que l'évitement d'obstacles frontaux, le suivi de terrain pentu, le suivi de couloir, etc. L'analyse de stabilité évalue la robustesse et les limites du contrôleur en présence de diverses incertitudes telles que les incertitudes sur la géométrie de l'environnement. L'ensemble des algorithmes de commande est simulé et expérimenté sur un mini-drone quadrirotor développé au CEA LIST.

Les limitations d’atterrissage des hélicoptères ne sont pas valables dans l'environnement à bord d’un navire. Il n'existe aucune méthodologie approuvée de l'analyse ou de la simulation pour évaluer la compatibilité des hélicoptères-navires et préparer les essais de qualification hélicoptères-navires. Dans ce contexte, le présent travail présente le développement et l'analyse d'une méthodologie hors ligne pour déterminer les limites opérationnelles hélicoptères-navires, SHOLs, en fonction des prédictions d’un modèle de pilote humain. Pour cela, des essais pilotés par des humains sont effectués au simulateur de l’ONERA, Salon de Provence. Sur la base des résultats de ces tests, une méthodologie innovante est validée pour déterminer la limitation de la charge de travail de pilotage, à partir des mesures des déplacements des contrôles d'hélicoptère. En outre, sont validés des modifications innovantes sur un modèle de pilote humain pour pouvoir suivre les trajectoires souhaitées et fournir le même niveau d'activité aux contrôles qu'un véritable pilote. Un ensemble de critères objectifs, correspondant aux marges de sécurité, s'ajoute aux critères subjectifs, correspondant aux limitations de la charge de travail du pilote. Une routine de simulation hors ligne, appelée SholSim, est programmée pour réaliser des simulations avec le modèle pilote et vérifier l'acceptabilité des conditions de vol, selon les critères subjectifs et objectifs. Par conséquent, le présent travail présente la première estimation, dans la littérature, des SHOLs entièrement obtenus à partir d'outils hors ligne, basés uniquement sur les prédictions de modèle pilote. / Helicopter land-based limitations are not valid in the shipboard environment. There is no analytical or simulated approved methodology for evaluating shipboard helicopter compatibility issues and preparing for at-sea flight tests. In this context, the present work presents the development and analysis of an offline methodology to determine the Ship-Helicopter Operating Limitations, SHOLs, based on pilot model predictions. For this, pilot-in-the-loop simulation trials are performed at the engineering fixed-base simulation facility of ONERA, Salon de Provence. Based on these test results, an innovative methodology is proposed and validated to determine the safe pilot workload limitation, from the measurements of the helicopter control displacements. In addition, it is proposed and validated innovative modifications on a classical pilot model enabling to follow complex predefined desired trajectories and provide the same level of control activity of a real pilot. A set of objective criteria, corresponding to the safety margins, is established in addition to the subjective criteria, corresponding to the safe pilot workload limitations. An offline simulation routine, so-called SholSim, is coded to run all models and verify the acceptability of the flight conditions, according to the subjective and objective criteria. Therefore, the present work presents the first estimation, in the literature, of the SHOLs fully obtained from offline tools, based only on pilot model predictions. The proposed methodology is promising, confirmed by predicting coherent limits when compared to the ones defined by the pilot-in-the-loop simulation trials.

Cette étude s'inscrit dans le domaine de la sécurisation de l'appontage des hélicoptères sur les frégates. Il s'agit ici d'analyser le sillage aérodynamique d'une frégate générique modélisée par une double marche descendante dans le but de mieux comprendre ce type d'écoulement tridimensionnel instationnaire. Les champs de vitesse moyen et fluctuant ont été analysés essentiellement par voie expérimentale (PIV, fil chaud, visualisation pariétale. . . ) et ont permis de valider la présence de structures tridimensionnelles mises en évidence grâce à une simulation numérique. Les résultats montrent en particulier la présence d'une asymétrie de l'écoulement moyen. Une étude fine autour de l'angle de dérapage nul a permis de confirmer le caractère bistable de l'écoulement autour de cette géométrie. Cette bi-stabilité a été observée dans différentes installations et pour un large éventail de conditions géométriques amont de la maquette. La compréhension de ce phénomène est déterminante avant toute tentative visant à mettre en oeuvre le contrôle de ce type d'écoulement complexe.