Le train d’atterrissage est une structure assurant le mouvement de l’avion en vol-sol et sol-vol pour laquelle beaucoup de travaux restent encore à compléter afin d’avoir une structure performante, durable et qui demande moins de maintenance. Ce travail de recherche est effectué dans le but de contribuer à la modélisation avancée et au développement d’un outil de simulation dynamique d’un train d’atterrissage à amortissement oléopneumatique. Le développement d’un modèle mathématique est réalisé à cet égard, et ce dernier essaie de reproduire le fonctionnement physique d’un système train d’atterrissage en particulier celui de l’amortisseur. L’amortisseur d’un train d’atterrissage est une structure complexe composée de plusieurs sous-ensembles ayant des rôles complémentaires et qui aide l’avion à amortir les chocs pendant l’atterrissage, le roulage et le décollage de l’avion. La structure d’un amortisseur oléopneumatique est constituée des plusieurs chambres contenant du gaz ou un fluide hydraulique. Cependant la structure interne de l’amortisseur demande beaucoup de connaissances physique et technique afin de bien comprendre sa conception interne et externe. Les pneumatiques sont aussi pris en compte dans le modèle et elles sont caractérisées par deux modèles à savoir un basé sur ADAMS/Aircraft et un autre modèle développé en éléments finis sur ABAQUS. Ces aspects sont réunis dans un code numérique développé dans VBA dans un but de caractériser, modéliser et simuler un train d’atterrissage. / Although an aircraft landing gear has a well-known role of allowing the aircraft to complete its movement during landing, taxiing and takeoff, some works are still required today in order to obtain an efficient, more reliable and environmentally friendly landing gear structure. The scope of this project is to develop a numerical simulator of an aircraft landing taking into account the dynamic of the landing gear and the internal design of the shock strut. Landing gear design can be affected by phenomena such as sudden temperature variations as well as extreme temperatures. This can change the behavior of the hydraulic fluid of the shock strut. This work will be conducted by developing a mathematical model computer code in VBA that describes the landing gear physical function. The role of a landing gear shock strut is to absorb the kinetic energy during the landing, taxiing and takeoff phases of the aircraft. The landing gear shock strut is an assembly of different chambers that have a well-defined role. These chambers contain a gas and a hydraulic fluid and work together to provide the force required to maintain the system. These aspects are combined in a numerical code developed with VBA. In this project the effect of the tires was taken into account and characterized using two different models (finite elements and analytical model) using two different numerical tools (Abaqus and Adams). The scope is to compare and see how the two models are able to describe the energy absorption process.

Le contrôle automatique de véhicules sous-actionnés suscite depuis de nombreuses années un grand intérêt pour des applications diverses et variées. Cette thèse est consacrée au problème général du contrôle automatique de véhicules aériens, en particulier des véhicules à décollage et atterrissage vertical. Ce travail présente deux contributions théoriques. La première contribution concerne le développement d'une approche de commande générique pour une large classe de véhicules sous-actionnés. Cette approche exploite la structure d'actionnement commune à la plupart de véhicules conçus par l'homme, à savoir une seule commande en poussée dans une direction privilégiée du véhicule et un actionnement complet de la dynamique de rotation. La méthode de synthèse est conçue de façon incrémentale afin de traiter différents modes opérationnels: stabilisation de la direction de poussée, de la vitesse, ou de la position du véhicule. Une nouvelle technique d'intégrateur non-linéaire est proposée afin de garantir un comportement robuste vis-à-vis de perturbations extérieures ou d'erreurs de modèle. La seconde contribution concerne deux nouvelles méthodes d'estimation d'attitude du véhicule à partir de mesures fournies par une centrale inertielle et de mesures GPS. Les solutions proposées utilisent la mesure de vitesse linéaire pour estimer l'accélération du véhicule, et améliorent significativement la précision de l'attitude estimée, notamment en cas d'accélérations importantes du système.

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse s'inscrit dans le cadre de la commande non-linéaire et robuste des avions de transport. Le but de cette thèse est de coupler les propriétés de la commande non-linéaire (adaptation aux non-linéarités de l'avion, synthèse de correcteurs explicites, facilité de réglage une fois la synthèse réalisée, généricité des lois de commande obtenues) à des propriétés de robustesse indispensables à l'activité aéronautique. En effet, pour garantir la sécurité des vols tant en pilotage manuel qu'en pilotage automatique, les lois de commande doivent présenter des propriétés fortes de stabilité et de performances robustes. Après une introduction au contexte industriel et de recherche du sujet de thèse, une partie "techniques, méthodes et outils" nous permet de mettre en avant les contributions du travail de thèse dans les domaines de la commande non-linéaire robuste et de la modélisation automatique. La technique de commande non-linéaire robuste présentée, appelée commande RMI (Robust Multi-Inversion) s'appuie sur la technique désormais classique d'inversion de la dynamique, notamment étudiée à Airbus depuis quelques années (Fabrice VILLAUME, Jean DUPREZ) et qu'elle robustifie par l'adjonction d'une boucle supplémentaire d'observation. Nous présentons aussi un outil de génération automatique de modèles non-linéaires, multivariables et embarquables, ainsi que les méthodes afférentes basées sur les réseaux de neurones. Cet outil est nécessaire à l'industrialisation des lois de commandes non-linéaires basées modèles. La partie applicative de la thèse souligne ensuite les particularités du système "avion" et propose des architectures de lois de commande, des trajectoires de référence associées, et la validation avancée de l'ensemble par simulations sur simulateur certifié. Enfin, après une conclusion sur le bilan de la thèse et les perspectives envisageables, nous proposons des annexes permettant d'approfondir certains aspects de notre ét ude.

Dans cette thèse, nous nous intéressons au problème de l’atterrissage lunaire autonome et nous proposons une méthode innovante amenant une alternative à l’utilisation de capteurs classiques qui peuvent se révéler encombrants, énergivores et très onéreux.La première partie est consacrée au développement et à la construction de capteurs de mouvement inspirés de la vision des insectes volants et mesurant le flux optique.Le flux optique correspond à la vitesse angulaire relative de l’environnement mesurée par la rétine d’un agent. Dans un environnement fixe, les mouvements d’un robot génèrent un flux optique contenant des informations essentielles sur le mouvement de ce dernier. En utilisant le principe du « temps de passage », nous présentons les résultats expérimentaux obtenus en extérieur avec deux versions de ces capteurs.Premièrement, un capteur mesurant le flux optique dans les deux directions opposées est développé et testé en laboratoire. Deuxièmement un capteur adapté à la mesure des faibles flux optiques similaires à ceux pouvant être mesurés lors d’un alunissage est développé, caractérisé et enfin testé sur un drone hélicoptère en conditions extérieures.Dans la seconde partie, une méthode permettant de réaliser le guidage, la navigation et la commande (GNC pour Guidance Navigation and Control) du système est proposée. L’innovation réside dans le fait que l’atterrissage en douceur est uniquement assuré par les capteurs de flux optique. L’utilisation des capteurs inertiels est réduite au maximum. Plusieurs capteurs orientés dans différentes directions de visée, et fixés à la structure de l’atterrisseur permettent d’atteindre les conditions finales définies par les partenaires industriels. Les nombreuses informations décrivant la position et l’attitude du système contenues dans le flux optique sont exploitées grâce aux algorithmes de navigation qui permettent d’estimer les flux optiques ventraux et d’expansion ainsi que le tangage.Nous avons également montré qu’il est possible de contrôler l’atterrisseur planétaire en faisant suivre aux flux optiques estimés une consigne optimale au sens de la consommation d’énergie. Les simulations réalisées durant la thèse ont permis de valider le fonctionnement et le potentiel de la solution GNC proposée en intégrant le code du capteur ainsi que des images simulées du sol de la lune. / In this PhD thesis, the challenge of autonomous lunar landing was addressed and an innovative method was developed, which provides an alternative to the classical sensor suites based on RADAR, LIDAR and cameras, which tend to be bulky, energy consuming and expensive. The first part is devoted to the development of a sensor inspired by the fly’s visual sensitivity to optic flow (OF). The OF is an index giving the relative angular velocity of the environment sensed by the retina of a moving insect or robot. In a fixed environment (where there is no external motion), the self-motion of an airborne vehicle generates an OF containing information about its own velocity and attitude and the distance to obstacles. Based on the “Time of Travel” principle we present the results obtained for two versions of 5 LMSs based optic flow sensors. The first one is able to measure accurately the OF in two opposite directions. It was tested in the laboratory and gave satisfying results. The second optic flow sensor operates at low velocities such as those liable to occur during lunar landing was developed. After developing these sensors, their performances were characterized both indoors and outdoors, and lastly, they were tested onboard an 80-kg helicopter flying in an outdoor environment. The Guidance Navigation and Control (GNC) system was designed in the second part on the basis of several algorithms, using various tools such as optimal control, nonlinear control design and observation theory. This is a particularly innovative approach, since it makes it possible to perform soft landing on the basis of OF measurements and as less as possible on inertial sensors. The final constraints imposed by our industrial partners were met by mounting several non-gimbaled sensors oriented in different gaze directions on the lander’s structure. Information about the lander’s self-motion present in the OF measurements is extracted by navigation algorithms, which yield estimates of the ventral OF, expansion OF and pitch angle. It was also established that it is possible to bring the planetary lander gently to the ground by tracking a pre-computed optimal reference trajectory in terms of the lowest possible fuel consumption. Software-in-the-loop simulations were carried out in order to assess the potential of the proposed GNC approach by testing its performances. In these simulations, the sensor firmware was taken into account and virtual images of the lunar surface were used in order to improve the realism of the simulated landings.

L’instabilité chronique de la cheville (CAI) est un fardeau socioéconomique important qui entraine des répercussions néfastes chez la population atteinte, comme des récidives d’entorses de la cheville (ELC), qui peuvent notamment s’expliquer par des déficits biomécaniques aux membres inférieurs. Ces déficits sont notamment observés lors d’activités quotidiennes comme la marche, mais aussi lors de tâches plus difficiles comme l’atterrissage d’un saut. Par contre, les impacts biomécaniques réels d’une CAI lors de la locomotion ne sont pas encore clairement décrits. Les orthèses plantaires sont couramment utilisées dans le traitement de pathologies musculosquelettiques pour modifier les variables biomécaniques des membres inférieurs (cinématique, cinétique et électromyographie) responsables de ces pathologies. Bien que leurs effets sur la biomécanique du membre inférieur d’individus atteints d’une CAI soient encore méconnus, les orthèses plantaires pourraient permettre de les traiter plus efficacement. Les objectifs principaux de cette thèse étaient de déterminer les déficits biomécaniques associés à la CAI lors de la locomotion et lesquels de ces déficits peuvent être atténués avec le port d’orthèses plantaires. L’Étude 1 consistait à réaliser une revue systématique de la littérature sur les impacts biomécaniques d’une CAI lors d’une tâche de marche et de course. L’Étude 2 consistait à identifier les différences biomécaniques entre des individus avec et sans CAI à la marche. L’Étude 3 consistait à déterminer les différences biomécaniques entre des individus avec et sans CAI lors de l’atterrissage d’un saut unipodal sur une surface plane (DROP), inclinée (WEDGE) et instable (FOAM) ainsi qu’à l’atterrissage d’un saut latéral maximal unipodal (SIDE). Finalement, l’Étude 4 consistait à déterminer les effets des orthèses plantaires sur la biomécanique du membre inférieur d’individus atteints d’une CAI lors des tâches de marche et d’atterrissage d’un saut unipodal. À la marche, les individus atteints d’une CAI présentent de nombreux déficits biomécaniques qui pourraient les prédisposer à subir d’autres ELC, notamment une augmentation de l’inversion et de la flexion plantaire de la cheville. Ces augmentations de mouvement à la cheville contribuent à augmenter les forces verticales latérales au pied, à modifier la cinématique et la cinétique du genou ainsi que l’activité des muscles moyen fessier et long fibulaire. Lors de l’atterrissage d’un saut unipodal, les individus atteints d’une CAI présentent une augmentation de la dorsiflexion de la cheville afin de stabiliser l’articulation. Lors de la tâche WEDGE, la diminution de la préactivation musculaire du long fibulaire pourrait mettre ces individus plus à risque de subir d’autres ELC. De plus, le port d’orthèses plantaires diminue l’activité musculaire du tibial antérieur lors de la tâche DROP et du biceps fémoral à la marche chez des individus atteints d’une CAI. Elles semblent n’avoir aucun effet significatif sur la cinématique et cinétique du membre inférieur lors de la marche et l’atterrissage d’un saut unipodal. Finalement, cette thèse permet de mieux identifier les déficits biomécaniques à adresser lors de l’élaboration de plan de traitement pour les individus atteints d’une CAI et de mieux comprendre les effets des orthèses plantaires pour atténuer ces déficits. / Chronic ankle instability (CAI) is a major socioeconomic burden and has adverse repercussions for the affected population, such as recurrence of lateral ankle sprains (LAS), which could be explained by lower limb biomechanical deficits. These deficits are observed during daily activities such as walking but also during more difficult tasks such as jump landing. However, the real impact of CAI during locomotion has not yet been clearly described. Foot orthoses are commonly used to treat musculoskeletal pathologies because they modify lower limb biomechanics (kinematics, kinetics and electromyography). However, their effects on lower limb’s biomechanics of individuals with CAI are still unknown. Foot orthoses may help to treat the individuals with CAI more effectively. The main objectives of this thesis were to determine the biomechanical deficits associated with CAI during locomotion and which of these deficits can be attenuated with foot orthoses. Study 1 consisted of systematically reviewing the literature on the biomechanical deficits associated with CAI during walking and running. Study 2 consisted of identifying the biomechanical differences between individuals with and without CAI during walking. Study 3 consisted of determining the biomechanical differences between individuals with and without CAI during unilateral jump landing on even (DROP), inclined (WEDGE) and unstable (FOAM) surfaces and during a unilateral maximal side jump landing (SIDE). Study 4 consisted of determining the effects of foot orthoses on lower limb’s biomechanics of individuals with CAI during walking and unilateral jump landing. During walking, individuals with CAI present many biomechanical deficits that may predispose them to sustain recurrent LAS, including increased ankle inversion and plantarflexion. These contribute to increase the lateral vertical forces under the foot, to modify knee kinematics and kinetics as well as the activity of the gluteus medius and peroneus longus muscles. During unilateral jump landing, individuals with CAI present increased ankle dorsiflexion in order to stabilize the joint. During the WEDGE task, the decreased peroneus longus muscle preactivation could put these individuals at greater risk of sustaining recurrent LAS. In addition, wearing foot orthoses decreases the muscular activity of the tibialis anterior during the DROP task and the biceps femoris during walking in individuals with CAI. FOs have no significant effect on the kinematics and kinetics of the lower limb during walking and unilateral jump landing. Finally, the results of this thesis will help to better identify the biomechanical deficits to be addressed during rehabilitation for individuals with CAI and to better understand the effects of foot orthoses to attenuate these deficits.