Cette thèse se focalise sur l’application d’une approche topologique pour la modélisation des systèmes mécatroniques. Cette approche permet de dissocier la topologie et la physique afin d’avoir un modèle unifié de représentation de toute la physique d’un système mécatronique. L’approche topologique développée est codée sous le langage MGS (Modèle Général de Système). Ce langage intègre de nouveaux types de valeurs appelées les collections topologiques. Les collections topologiques permettent la représentation de l'état d'un système dynamique et elles sont manipulées par des transformations. Dans cette approche, les collections topologiques sont utilisées pour présenter la topologie du système à étudier c’est à dire la loi d’interconnexion de ses différents composants et les transformations pour spécifier la loi de comportement locale de chacune de ces composantes. Cette approche topologique est appliquée tout d’abord aux structures de barres planes et spatiales et elle est généralisée par la suite aux structures de poutres planes et spatiales. Finalement, elle est étendue à la modélisation des systèmes mécaniques plus complexes en étudiant le cas des structures piézoélectriques (stack piézoélectrique et treillis piézoélectrique) et le cas d’un réducteur simple étage à denture droite. Étant donné les bons résultats obtenus, il serait intéressant d’étendre ce travail aux systèmes mécatroniques plus complexes en intégrant l’informatique et l’automatique. / This thesis focuses on the application of a topological approach for the modeling of mechatronic systems. This approach makes it possible to separate the topology and the physics in order to have a unified representation model for all the physics of mechatronic systems. The developed topological approach is coded in the MGS language (General System Model). This language includes new types of values called topological collections. Topological collections allow the representation of the state of a dynamic system and they are manipulated by transformations. In this approach, the topological collections are used to present the topology of the studied system that is to say the interconnection law of its components and transformations are used to specify the local behavior law of each of these components. First of all, this topological approach is applied to planar and space bar structures and then generalized to planar and space beam structures. Finally, it is extended to the modeling of complex mechanical systems by studying the case of piezoelectric structures (piezoelectric stack and piezoelectric truss structure) and the case of a single stage spur gear. Since this work achieved good reliable results, it would be interesting to extend this approach to more complex mechatronic systems by integrating computers and automatic.

Dans le cadre d’une recherche en géographie sociale, cette thèse s’intéresse aux agricultures urbaines, particulièrement à celles pratiquées ou vécues par les citadins : agriculture professionnelle formant les paysages périurbains, agriculture de proximité en circuits courts, agriculture de loisirs, jardins familiaux et jardins partagés, espaces publics mis en production. Sur la base de critères de localisation, de fonctionnalités réciproques et de gouvernance métropolitaine, nous avons proposé une définition de l’agriculture urbaine qui intègre de manière constructive les espaces intra- et périurbains, les agricultures professionnelles et non professionnelles, les espaces agricoles privés, publics et auto-appropriés.La réflexion a été menée dans la ville de Rennes, en Bretagne, sur la base d’études exploratoires, d’observation participante et de douze entretiens approfondis avec des citadins jardiniers qui vivent le rapport ville campagne en termes d’activités productives mais aussi de sociabilités, de pratiques alimentaires et d’initiatives agro-écologiques. Les principaux résultats de la thèse sont au nombre de quatre. Premièrement, la description détaillée des modes d’investissement de l’espace-enjeu que représente aujourd’hui la nature productive dans la ville. Deuxièmement la mise en évidence, grâce à une approche topologique et à la cartographie associée, de la richesse des espaces vécus des habitants-jardiniers, espaces vécus qui dépassent largement le seul jardin du moment. Troisièmement, les « réseaux polytopiques » construits par les expériences agricoles des citadins, facteurs de questionnement non seulement sur lesmodes d’agriculture mais aussi sur l’alimentation et sur leur contribution à la construction de la ville. Quatrièmement, la production agricole construite comme une fonction urbaine qui renouvelle les modes d’habiter en reconnectant l’habitant à son milieu, par une déclinaison d’« attitudes jardinières » : « jardinier malin », « jardinier rurbain » et « jardinier militant ». / Within the framework of a research in social geography, this thesis is interested in the urban agricultures, particularly in those practiced or lived by the city-dwellers: the professional farming that makes the periurban landscapes, the farms involved in short food supply chains, hobby farming, family and community gardens, public places used as farming places. According to location, mutual features and metropolitan governance, we proposed a definition of the urban agriculture which joins in a constructive way intra- and peri-urban spaces, professional and hobby farms, private, public and auto-appropriate agricultural spaces.The study took place in the city of Rennes, in Brittany (France), on the basis of exploratory surveys, on the basis of participating observation and on the basis of twelve in-depth interviews with gardening citydwellers who live the town and country relationship in terms of productive activities but also in terms of sociability, food practices and agro-ecological initiatives. The main results of the thesis are among four. Firstly, the in-depth description of the modes of involvment in the gardens as a spatial issue which represents today the productive nature in the city. Secondly, thanks to a topological approach and to its associated mapping, the highlighting of lived spaces richness for the inhabitants-gardeners, spaces which exceed widely the only current gardening place. Thirdly, "polytopic networks" built by the agricultural experiences of the city-dwellers are sources of questioning not only on the modalities of farming but also on the food and on their contribution to the construction of the city. Fourthly, the agricultural production can be considered as an urban function reconnecting the inhabitant with his environment, thus renewing the inhabiting modes, itemized as three "gardening attitudes": "clever gardener", "rurban gardener" and "militant gardener"

La modélisation des systèmes mécatroniques nécessite le même type de méthodologie pour la conception et le prototypage de dispositifs mécatroniques. Une ingénierie unifiée et intégrée doit être déployée. Diverses approches sont actuellement proposées pour atteindre de la modélisation multi-physique comme la théorie des graphes, les approches équationnelles ou les techniques. Dans ce contexte, l’objectif de nos travaux de recherche est la conception d'une méthodologie appliquée aux modèles dynamiques multi-physiques à topologie dynamique. Pour une telle contribution, il est nécessaire de partir d’une approche existante. Cette approche porte sur la modélisation topologique puisqu’elle est basée sur les collections topologiques et les transformations. Cette approche topologique est utilisée pour modéliser les systèmes mécatroniques.Son point fort est la séparation de la topologie (loi d'interconnexion) et la loi de comportement (physique) qui permet la simplification de la modélisation de systèmes complexes que l'on peut décrire comme un ensemble d'interactions locales entre entités élémentaires. La thèse propose donc une nouvelle méthodologie nommée 4Mo(DS)2 qui se rapporte à la modélisation multi-niveaux, multi-domaines et multi-physiques basée sur des systèmes dynamiques qui ont des structures dynamiques. Cette méthodologie permet la modélisation topologique des modèles dynamiques multi-physiques à topologie dynamique pendant la phase de conception tout en prenant en compte les modifications topologiques, le contrôle et commande ainsi que l’intégration de la dimension deux dans leur structure topologique. / Mechatronic systems modelling requires the same type of methodology for the design and prototyping of mechatronic devices. Unified and integrated engineering must be deployed. Various approaches are currently proposed to achieve multi-physics modeling such as graph theory, equational approaches or techniques. In this context, the objective of our research work is the design of a methodology applied to dynamic multi-physical models with dynamic topology. For such a contribution, it is necessary to start from an existing approach. This approach focuses on topological modelling since it is based on topological collections and transformations. This topological approach is used to model mechatronic systems.Its strong point is the separation of topology (interconnection law) and behavior law (physical) which allows the simplification of the modeling of complex systems that can be described as a set of local interactions between elementary entities. The thesis therefore proposes a new methodology named 4Mo(DS)2 which relates to multilevel, multi-physical and multi-domain modeling based on dynamic systems that have dynamic structures. This methodology allows the topological modeling of dynamic multi-physical dynamic topology models during the design phase while taking into account topological modifications, control and command as well as the integration of dimension two into their topological structure.

Le contexte d'étude est celui de la Compatibilité ÉlectroMagnétique (CEM). L'objectif de la CEM est, comme son nom l'indique, d'assurer la compatibilité entre une source de perturbation électromagnétique et un système électronique victime. Or, la prédiction de ces niveaux de perturbation ne peut pas s'effectuer à l'aide d'un simple calcul analytique, en raison de la géométrie qui est généralement complexe pour le système que l'on étudie, tel que le champ à l'intérieur d'un cockpit d'avion par exemple. En conséquence, nous sommes contraints d'employer des méthodes numériques, dans le but de prédire ce niveau de couplage entre les sources et les victimes. Parmi les nombreuses méthodes numériques existantes à ce jour, les méthodes Multi-Domaines (MD) sont très prisées. En effet, elles offrent la liberté aux utilisateurs de choisir la méthode numérique la plus adaptée, en fonction de la zone géométrique à calculer. Au sein de ces méthodes MD, la " Domain Decomposition Method " (DDM) présente l'avantage supplémentaire de découpler chacun de ces domaines. En conséquence, la DDM est particulièrement intéressante, vis-à-vis des méthodes concurrentes, en particulier sur l'aspect du coût numérique. Pour preuve, l'ONERA continue de développer cette méthode qui ne cesse de montrer son efficacité depuis plusieurs années, notamment pour le domaine des Surfaces Équivalentes Radar (SER) et des antennes. L'objectif de l'étude est de tirer profit des avantages de cette méthode pour des problématiques de CEM. Jusqu'à maintenant, de nombreuses applications de CEM, traitées par le code DDM, fournissaient des résultats fortement bruités. Même pour des problématiques électromagnétiques très simples, des problèmes subsistaient, sans explication convaincante. Ceci justifie cette étude. Le but de cette thèse est de pouvoir appliquer ce formalisme DDM à des problématiques de CEM. Dans cette optique, nous avons été amenés à redéfinir un certain nombre de conventions, qui interviennent au sein de la DDM. Par ailleurs, nous avons développé un modèle spécifique pour les ouvertures, qui sont des voies de couplage privilégiées par les ondes, à l'intérieur des cavités que représentent les blindages. Comme les ouvertures sont, en pratique, de petites dimensions devant la longueur d'onde, on s'est intéressé à un modèle quasi-statique. Nous proposons alors un modèle, qui a été implémenté, puis validé. Suite à ce modèle, nous avons développé une méthode originale, basée sur un calcul en deux étapes, permettant de ne plus discrétiser le support des ouvertures dans les calculs 3D.

Le contexte d’étude est celui de la Compatibilité ÉlectroMagnétique (CEM). L’objectif de la CEM est, comme son nom l’indique, d’assurer la compatibilité entre une source de perturbation électromagnétique et un système électronique victime. Or, la prédiction de ces niveaux de perturbation ne peut pas s’effectuer à l’aide d’un simple calcul analytique, en raison de la géométrie qui est généralement complexe pour le système que l’on étudie, tel que le champ à l’intérieur d’un cockpit d’avion par exemple. En conséquence, nous sommes contraints d’employer des méthodes numériques, dans le but de prédire ce niveau de couplage entre les sources et les victimes. Parmi les nombreuses méthodes numériques existantes à ce jour, les méthodes Multi-Domaines (MD) sont très prisées. En effet, elles offrent la liberté aux utilisateurs de choisir la méthode numérique la plus adaptée, en fonction de la zone géométrique à calculer. Au sein de ces méthodes MD, la « Domain Decomposition Method » (DDM) présente l’avantage supplémentaire de découpler chacun de ces domaines. En conséquence, la DDM est particulièrement intéressante, vis-à-vis des méthodes concurrentes, en particulier sur l’aspect du coût numérique. Pour preuve, l’ONERA continue de développer cette méthode qui ne cesse de montrer son efficacité depuis plusieurs années, notamment pour le domaine des Surfaces Équivalentes Radar (SER) et des antennes. L’objectif de l’étude est de tirer profit des avantages de cette méthode pour des problématiques de CEM. Jusqu’à maintenant, de nombreuses applications de CEM, traitées par le code DDM, fournissaient des résultats fortement bruités. Même pour des problématiques électromagnétiques très simples, des problèmes subsistaient, sans explication convaincante. Ceci justifie cette étude. Le but de cette thèse est de pouvoir appliquer ce formalisme DDM à des problématiques de CEM. Dans cette optique, nous avons été amenés à redéfinir un certain nombre de conventions, qui interviennent au sein de la DDM. Par ailleurs, nous avons développé un modèle spécifique pour les ouvertures, qui sont des voies de couplage privilégiées par les ondes, à l’intérieur des cavités que représentent les blindages. Comme les ouvertures sont, en pratique, de petites dimensions devant la longueur d’onde, on s’est intéressé à un modèle quasi-statique. Nous proposons alors un modèle, qui a été implémenté, puis validé. Suite à ce modèle, nous avons développé une méthode originale, basée sur un calcul en deux étapes, permettant de ne plus discrétiser le support des ouvertures dans les calculs 3D. / The context of the study is the ElectroMagnetic Compatibility (EMC). Principal aim of the EMC is to ensure the compatibility between an electromagnetic perturbance source and an electronic device victim. Unfortunately, the perturbation levels prediction can not be made using an analytic formula, because the geometry which is generally complex for the interesting system, for example the field inside an aircraft’s cockpit. Therefore, we are contrained to use numerical methods, to be able to evaluate this coupling level between sources and victims. Among several existing numerical methods, Multi-Domains (MD) methods are very interesting. They offer to users the freedom to choose the most powerfull numerical method, in terms of the geometrical zone evaluated. With the MD methods, « Domain Decomposition Method » (DDM) has the avantage of decouplingeach of theses areas. Therefore, DDM is very interesting, compared to other methods, in particular on the numerical cost. ONERA keeps on developing this method, which has not stop showing his efficiency since several years, in particular in Radar Cross Section (RCS) and antennas. The objective of this study is to take the benefits of this method for EMC problems. Up to now, several EMC applications treated by the DDM code provided results strongly noisy. Even for with very simple electromagnetic cases, some problems remained without convincing explanations. This justifies this study. The aim of this thesis is to can be able to apply DDM formalism to EMC problems. Then, we have been induced to redefine a number of conventions which are involved in the DDM. Otherwise, we have developed a specific model for the apertures which are privilegied tracts of the coupling by the penetration of waves inside cavities (shieldings). As the apertures have in practice smaller dimensions compared to the wavelength, we have been interested to a quasistatic model which was developped, implemented and validated. Following this model, we have developed an original method, based on a two step calculation, able to do not discretize the apertures support in 3D computations.