L’objectif de cette thèse est de proposer des méthodes innovantes de conception préliminaire d’actionneurs électromécaniques (EMA) et de les implémenter sous la forme d’outils logiciels rapidement disponibles pour les industriels. Cet objectif répond à une demande forte de l’industrie, en particulier en aéronautique dans le cadre du développement d’avions plus électriques. Dans un premier temps, cette thèse propose une méthode hybride (montante et descendante) de recherche systématique d’architectures solutions et de sélection vis-à-vis des exigences du cahier des charges et de l’état de l’art technologique. Dans un deuxième temps, des méthodes d’évaluation d’architectures en termes de puissance, d’intégration (enveloppe géométrique et masse), de fiabilité et de performances en boucle fermée sont proposées. L’implémentation de ces méthodes se base sur la modélisation acausale et la combinaison de simulations numériques inverses et directes. Des lois d’échelle, représentatives des phénomènes physiques dimensionnants, sont établies pour réduire la complexité d’utilisation des modèles et l'intervention d’experts de domaine dans les phases préliminaires. Les méthodes proposées et leur implémentation dans l'environnement de simulation Modelica/Dymola ont été appliquées avec succès aux exemples d’actionneurs électromécaniques d’orientation d’un train avant d’atterrissage, de commandes de vol primaires et de contrôle de la poussée vectorielle du premier étage de propulsion d’un lanceur spatial. De cette façon, la durée de la phase d’évaluation d’architectures a pu passer d’un ordre de grandeur en jour à un ordre de grandeur en heure / The aim of this thesis is to propose innovative methods for the preliminary design of electromechanical actuators (EMA), and to implement them in software tools rapidly available for the industry. This objective is motivated by a strong demand of the industry, especially in aeronautics within the frame of the development of more electric aircrafts. First, this thesis puts forward a hybrid methodology (top-down/bottom-up) to generate and select systematically architectures with respect to requirements and the state of the art of technology. Second, methods to evaluate architectures in terms of power, integration (geometrical envelop and mass), reliability and closed loop performances are developed. The implementation of these methods is based on non-causal modelling combined to direct and inverse numerical simulations. Scaling laws, representative of the main sizing phenomena, are established to reduce the complexity of the models and the need for domain experts during the preliminary phases. The proposed methods and their implementation within the simulation framework Modelica/Dymola have been applied successfully to the examples of electromechanical actuators for the steering of a nose landing gear, the primary flight control of an aircraft and the thrust vector control of a space launcher. As a result, the duration of the architecture evaluation has been reduced from day-scale to hour-scale

La préconception est une phase aboutissant à la génération d’une architecture physique de concept. Dès cette phase, il est crucial de choisir une architecture qui prenne en compte les contraintes multi-physiques. Cette thèse permet de répondre à cette problématique : comment évaluer des architectures physiques d’un système complexe sous contraintes multi-physiques pendant les phases amont, afin de limiter les risques de couplages multi-physiques dans les étapes suivantes, qui engendrent une augmentation conséquente de la durée et du coût de la conception ?Pour répondre à cette problématique, nous proposons tout d’abord un processus nommé SAMOS permettant aux acteurs de cette phase d’échanger des informations en limitant le risque d’incohérences et d’incompréhensions. Puis, en nous limitant à l’analyse thermique, nous avons développé une plateforme « modeleur 3D thermique », s’appuyant sur un environnement 3D, deux extensions SysML et des transformations de modèle, pour faciliter les échanges d’informations et de données entre l’architecte système, l’architecte 3D et les équipes de simulation, et ainsi diminuer la redondance et le temps de conception.Ainsi, pour permettre la gestion de l’encombrement et du positionnement spatial de chaque équipement, une extension SysML GERTRUDe a été proposée pour pouvoir spécifier des exigences géométriques : formes géométriques simples des composants, dimensions, contraintes de positionnement.GERTRUDe utilise le modèle géométrique des SATT enrichi avec les paramètres intrinsèques. De la même façon, l’extension SysML TheReSE, basée sur GERTRUDe, permet la gestion des exigences thermiques : propriétés thermiques de composants et spécification des interactions thermiques susceptibles d’intervenir entre les composants de l’architecture.De même les interactions thermiques entre les différents équipements peuvent être soit spécifiées en SysML, soit être ajoutées dans l’environnement 3D. Ces informations permettent de définir alors un réseau d’interactions thermiques, qui intègre à la fois les informations géométriques et thermiques. Ce réseau est alors transformé en un modèle thermique implémenté en Modelica, qui permet par simulation d’évaluer la température des faces des composants.Les approches proposées ont été implémentées dans un démonstrateur, afin de démontrer la faisabilité du concept sur plusieurs cas d’études industriels, et ainsi valider les attentes industrielles vis-à-vis de l’approche proposée et ses perspectives. / Conceptual design leads to the generation of a physical concept architecture. From this phase, it is crucial to select an architecture that takes into account multi-physical constraints. We propose in this thesis to solve the following research issue: how can the physical architectures of a complex system under multi-physical constraints be evaluated during the earlier design phases, in order to limit the risks of multi-physical coupling in the following phases that generate a considerable increase in design time and cost?To tackle this problem, we first propose a framework called SAMOS which allows the actors in the design to exchange information during this phase while limiting the risks of inconsistencies and misunderstandings. Then, by focusing on the thermal analysis, we develop a "thermal 3D sketcher" platform, based on a 3D environment, two SysML extensions and several model transformations. It will facilitate human and data exchanges between System architects, 3D architects and simulation teams, thus reducing redundancy and design time.Thus, in order to manage the geometry requirements and spatial positioning of each item of equipment, the GERTRUDe SysML extension is proposed. It allows specifying geometrical requirements such as simple geometrical shapes for the components, their dimensions and positioning constraints.GERTRUDe uses TTRS (Technologically and Topologically Related Surfaces) geometrical modeling enriched with intrinsic parameters. Likewise, the TheReSE SysML extension, based on GERTRUDe, allows the management of thermal requirements: the thermal properties of components and the specification of thermal interactions that may occur between the architecture components.The transformation rules are described. They automatically generate a specified architecture which includes possible geometrical constraints that can be transformed from a SysML environment into a 3D environment; the direction of transformation can be reversed so that a 3D architecture can be traced from a 3D environment to a SysML environment.Similarly, the thermal interactions between the different components can be either specified in SysML or be added in the 3D environment. This information allows defining a thermal interactions network which integrates both geometrical and thermal data. This network is then transformed into a thermal model implemented in Modelica, which allows simulation to evaluate the temperatures of the components’ faces.The approach proposed is implemented in a demonstrator to provide proof of concept based on several industrial case studies, thus validating the industrial expectations with regard to the approach proposed and its perspectives.

La conception architecturale est souvent réalisée grâce aux habitudes professionnelles et à l'expérience des concepteurs, qui leur permettent d'identifier les paramètres de conception pertinents à prendre en compte pour commencer l'étude et de faire les choix qu'impliquent une démarche séquentielle de détermination d'architecture. Ces décisions sont difficiles à prendre car les concepteurs ne disposent pas forcément d'éléments suffisants pour comparer les différentes alternatives. Ainsi, ils procèdent souvent par essai-erreur, jusqu'à l'obtention d'une configuration opérationnelle, mais qui n'est pas nécessairement optimale. Ces itérations sont, de plus, coûteuses en temps. Nous proposons un système d'aide à la décision en conception préliminaire, permettant de partir de plusieurs concepts de solution pertinents, pour arriver à une architecture validée et prédimensionnée en objectivant les choix de conception. Les grandes étapes sont: (i) l'écriture du problème de conception préliminaire sous forme de Problème par Satisfaction de Contraintes (PSC), (ii) la recherche exhaustive des architectures solutions, (iii) l'exploitation et la réduction de l'espace des solutions pour aider à la décision. C'est seulement ensuite qu'un choix est à faire parmi ces solutions, qui n'ont pas été arbitrairement restreintes par des choix initiaux. Les étapes (i) et (iii) nécessitent une analyse préalable du problème de conception. Il faut, d'une part, le limiter aux seules caractéristiques nécessaires et suffisantes pour la conception architecturale, que nous nommons caractéristiques structurantes. D'autre part, il faut exprimer les objectifs de conception et les critères de qualification de la conception, qui permettent de hiérarchiser les architectures-solutions obtenues et ainsi aider au choix final parmi elles. Nous proposons pour cela une démarche systématique d'analyse et structuration du problème de conception, basée sur quatre étapes, depuis l'analyse du besoin jusqu'à une approche physique, en passant par des approches fonctionnelle et organique du produit à concevoir. Des tableaux systématiques sont proposés. Notre approche est confrontée avec la démarche 'classique' d'un groupe de concepteurs, pour une même conception architecturale. L'utilisation du système d'aide à la décision permet une amélioration de la satisfaction des objectifs de conception, le choix du concept de solution le plus performant, l'obtention d'architectures-solutions valides et respectant toutes les contraintes énoncées. On dispose ainsi d'éléments dimensionnels pour poursuivre en conception détaillée sans subir les itérations engendrées par le processus essai-erreur.

La conception architecturale de systèmes mécaniques et énergétiques permet d'étudier la faisabilité de concepts préalablement choisis pendant la phase de recherche de concepts. Elle fait partie de la phase de conception préliminaire et son achèvement vise à définir l'architecture globale qui sera étudiée pendant la phase de conception détaillée d'un produit. Les principales caractéristiques d'un produit (dimensions, choix de composants, de formes, de topologies ou de matériaux) sont alors fondamentales à ce stade de la conception. La conception architecturale nécessite aussi la prise en compte des comportements physiques et des interactions du produit, de ses composants et des milieux extérieurs, de critères économiques, environnementaux, etc. suivant les exigences du cahier des charges fonctionnel. Le concepteur définit un modèle mathématique exprimant cette connaissance liée au produit. Ce modèle peut être traité à l'aide d'un solveur de Problèmes de Satisfaction de Contraintes numériques (CSP). Ce type de solveur traite de manière générique des problèmes formulés à l'aide de contraintes, de variables et de domaines. Nous proposons de nouveaux algorithmes et de nouvelles heuristiques qui prennent en compte des besoins spécifiques au concepteur en conception préliminaire, comme : la classification des variables, les précisions relatives aux valeurs de certaines variables, les contraintes par morceaux. Les études de faisabilité de plusieurs systèmes mécaniques et énergétiques ont été réalisées avec succès. Les nouveaux algorithmes ont permis de diminuer significativement les temps de calculs, mais ils ont aussi permis d'améliorer la qualité des solutions calculées au regard des besoins du concepteur.

L'évaporation flash est un phénomène qui se caractérise par la vaporisation partielle d'une fraction liquide d'un fluide (chargé ou non en particules solides), provoquant le refroidissement de la matière non vaporisée. Le travail proposé a pour objectif de développer un outil d'aide à la décision pour la conception préliminaire d'un procédé d'évaporation flash bi-étagé. Cet outil est basé sur la mise en oeuvre d'une démarche de formalisation en trois étapes. L'analyse et la structuration du problème (étape 1), visent à déterminer et sélectionner les éléments pertinents du problème de conception préliminaire. Les éléments retenus concernent la modélisation des phénomènes physiques liés au comportement des composants, comme les condenseurs, le dévésiculeur, la pompe à vide, etc. Ils se rapportent également à des critères technico-économiques et à des écocritères. La formulation et la qualification des modèles (étape 2) conduisent à l'expression d'un Problème de Satisfaction de Contraintes (CSP) formulé et adapté à un contexte et à des outils d'aide à la décision. La qualification du modèle lié au comportement physique du procédé d'évaporation flash bi-étagé a été réalisée à partir de résultats expérimentaux obtenus à l'aide d'un pilote instrumenté. Le traitement numérique du problème de conception (étape 3) est ensuite réalisé à l'aide d'un solveur CSP, permettant de résoudre des problèmes hétérogènes (variables définies sur des domaines continus ou énumérés, contraintes égalitaires, inégalitaires ou règles logiques). Les différents problèmes de conception traités dans le cadre de ce travail ont permis la validation de la démarche de formalisation pour la conception préliminaire de procédés d'évaporation flash, en aboutissant à des solutions techniques performantes sur les plans énergétique et environnemental, qui offrent une réduction du volume de l'installation conséquente et permettent une optimisation de l'exploitation de ressources (matériaux, énergie, eau).

L’objectif de cette thèse est de proposer des approches innovantes de conception préliminaire d’actionneurs embarqués. Cette démarche répond à un besoin fort de l’industrie,en particulier en aéronautique. Dans un premier temps, une méthode hybride de génération d’architectures solutions et de sélection vis-à-vis des exigences du cahier des charges et de l’état de l’art technologique est proposée. Dans un deuxième temps, une étude de l’effet de l’incertitude sur les modèles de conception préliminaire a été réalisée. Une troisième partie a démontré l’intérêt de lier les approches et les outils de modélisation 0D/1D et 3D afin de permettre l’accélération des phases de conception et afin de mieux remonter la connaissance liée à la géométrie. Enfin, une méthode utilisant les métamodèles basées sur les lois d’échelle visant à l’obtention de formes mathématiques simples pour le besoin de dimensionnent des composants mécatroniques a été développée / The objective of this thesis is to propose an innovative approaches for embedded actuators preliminary design. This approach responds to a strong need for the industry, particularly in aeronautics. As a first step, a hybrid method of architectures generation and selection depending on the specifications and the technological state of the art is proposed. In a second step, a study of the effect of uncertainty in preliminary design models was completed. A third part demonstrated the value of combining modeling approaches tools 0D/1D and 3D to enable the design phases acceleration and to have better knowledge related to the geometry. Finally, a method using meta-models based on scaling laws for obtaining simple mathematical forms needed for sizing mechatronic components has been developed

La réussite du développement des produits industriels a un enjeu économique considérable pour l’entreprise. Les décisions sur les concepts et sur l’architecture du produit ont un impact considérable sur le coût global du cycle de vie du produit. Les industriels sont alors de plus en plus encouragés à adopter des méthodes permettant de rationaliser les décisions de conception. Ces méthodes doivent être en adéquation avec le niveau de connaissance acquis sur les alternatives de conception, la nature des décisions à prendre et les outils d’évaluation disponibles. Ainsi, deux méthodes d’aide à la décision ont été développées dans cette thèse en fonction de la phase de conception étudiée.Une première méthode est proposée pour la phase amont de conception dans laquelle l’objectif de l’entreprise est de réduire le nombre de concepts proposés initialement pour concentrer ses efforts et ses ressources sur les concepts les plus prometteurs. Durant cette phase, les produits sont définis d’une manière très imprécise. Les concepteurs doivent alors faire beaucoup d'hypothèses lorsqu’ils proposent des modèles de comportement destinés à évaluer les concepts. Ces modèles, qui expriment une connaissance de nature explicite, sont insuffisants pour faire des choix de concepts. Pour remédier à cette difficulté, nous nous orientons dans notre étude vers la connaissance implicite (ou subjective), obtenue au travers de l'expérience et du savoir-faire acquis par les concepteurs. Afin d’intégrer cette connaissance dans la prise de décision, elle est d’abord formalisée au travers d’outils comme les fonctions de préférence. La méthode globale d’aide à la décision proposé permet de combiner à la fois cette connaissance implicite et la connaissance explicite (représentée par les modèles de comportement) pour évaluer chaque concept en termes d’aptitude à respecter les exigences minimales de validation et du niveau d’adéquation avec les objectifs de conception. Les objectifs et préférences des décideurs sont, quant à eux, structurés et formalisés au travers du modèle OIA (Observation-Interprétation-Agrégation) développé auparavant dans le laboratoire I2M-IMC.Une deuxième méthode a été proposée pour la phase aval de conception qui a pour objectif de fixer les paramètres du produit final (choix des matériaux, dimensions, etc.) après que le concept ait été choisi. Durant cette phase, le produit est défini d’une manière plus précise et les modèles de comportement sont plus représentatifs des phénomènes physiques pertinents du concept étudié. Ces modèles restent cependant basés sur des hypothèses qui conduisent parfois à une remise en question de leur exactitude, surtout pour certains paramètres de conception. Fixer les paramètres du produit en se basant uniquement sur ces modèles de comportement nécessite la prise en compte de leur niveau exactitude. Nous avons donc développé un indicateur d’exactitude de ces modèles qui intègre, d’une part, une évaluation objective qui est la mesure d’écart entre le modèle et un comportement de référence (supposé exact) et, d’autre part, sur une évaluation subjectif qui se base sur la mesure de distance avec la solution de référence (solution prototypée) et sur des fonctions de confiances établies par les concepteurs. La combinaison d’une évaluation objective et subjective de l’exactitude permet d’obtenir à la fin un indicateur général d’exactitude capable de couvrir l’intégralité de l’espace de conception. L’indicateur ainsi obtenu est utilisé dans une méthode d’aide à la décision qui qualifie chaque solution candidate en terme de risque engendré par les l’exactitude des modèles et de degré de satisfaction des objectifs de conception (en se basant la modèle OIA). / The successful development of industrial products has a considerable economic challenge for the company. Decisions on concepts and product architecture have a significant impact on the overall cost of the product life cycle. Manufacturers are then increasingly encouraged to adopt methods to streamline design decisions. These methods must be consistent with the level of knowledge acquired on alternative design, the nature of decision making and assessment tools available. Thus, both methods of decision support have been developed in this thesis based on the study design phase.A first method is proposed for the upstream design stage in which the goal of the company is to reduce the number of concepts initially proposed to focus its efforts and resources on the most promising concepts. During this phase, the products are defined very loosely. Designers must then make a lot of assumptions when proposing role models to assess the concepts. These models, which express a knowledge of explicit nature, are insufficient to make choices concepts. To overcome this difficulty, we are moving in our study to the implicit knowledge (or subjective), obtained through the experience and expertise acquired by the designers. To integrate this knowledge in decision-making, it is first formalized through tools such as preferably functions. The overall approach to decision support proposed for combining both the implicit knowledge and explicit knowledge (represented by the role models) to assess each concept in terms of ability to meet the minimum requirements for validation and level fitness with the design goals. The objectives and preferences of decision makers are, in turn, structured and formalized through the OIA model (Observation-Interpretation-Aggregation) previously developed in the laboratory I2M-BMI.A second method was proposed for the downstream design phase that aims to set the parameters of the final product (choice of materials, dimensions, etc.) after the concept was chosen. During this phase, the product is defined in a more precise manner and behavior patterns are more representative of the relevant physical phenomena of the concept studied. These models are however based on assumptions which sometimes lead to a questioning their accuracy, especially for some design parameters. Fix the product parameters based solely on these patterns of behavior requires taking into account their accuracy level. We have therefore developed an accuracy indicator of these models that integrates on the one hand, an objective assessment which is the measure of difference between the model and a reference behavior (assumed correct) and, secondly, on a subjective assessment that is based on the distance measurement with the reference solution (prototyped solution) and trusts functions established by the designers. The combination of objective and subjective assessment of the accuracy provides at the end a general indicator of accuracy able to cover the entire design space. The indicator thus obtained is used in a method of decision support that qualifies each candidate solution in terms of risk posed by the accuracy of the models and level of satisfaction of design objectives (based the model OIA) .

La définition et l’utilisation d'un modèle couplant la conception de produit et la conduite du projet dès les phases amont de l’étude d’un système correspondent à une forte demande industrielle. Ce modèle permet la prise en compte simultanée de décisions issues des deux environnements produit/projet mais il représente une augmentation conséquente de la dimension de l'espace de recherche à explorer pour le système d'aide à la décision, notamment lorsque il s'agit d'une optimisation multiobjectif. Les méthodes de type métaheuristique tel que les algorithmes évolutionnaires, sont une alternative intéressante pour la résolution de ce problème fortement combinatoire. Ce problème présente néanmoins une particularité intéressante et inexploitée : Il est en effet courant de réutiliser, en les adaptant, des composants ou des procédures précédemment mis en œuvre dans les produits/projets antérieurs. L'idée mise en avant dans ce travail consiste à utiliser ces connaissances « a priori » disponibles afin de guider la recherche de nouvelles solutions par l'algorithme évolutionnaire. Le formalisme des réseaux bayésiens a été retenu pour la modélisation interactive des connaissances expertes. De nouveaux opérateurs évolutionnaires ont été définis afin d'utiliser les connaissances contenues dans le réseau. De plus, le système a été complété par un processus d'apprentissage paramétrique en cours d'optimisation permettant d'adapter le modèle si le guidage ne donne pas de bons résultats. La méthode proposée assure à la fois une optimisation plus rapide et efficace, mais elle permet également de fournir au décideur un modèle de connaissances graphique et interactif associé au projet étudié. Une plateforme expérimentale a été réalisée pour valider notre approche. / The definition and use of a model coupling product design and project management in the earliest phase of the study of a system correspond to a keen industrial demand. This model allows simultaneous to take into account decisions resulting from the two environments (product and project) but it represents a consequent increase of the search space dimension for the decision-making system, in particular when it concerns a multiobjective optimization. Metaheuristics methods such as evolutionary algorithm are an interesting way to solve this strongly combinative problem. Nevertheless, this problem presents an interesting and unexploited characteristic: It is indeed current to re-use, by adapting them, the components or the procedures previously implemented in pasted product or project. The idea proposed in this work consists in using this “a priori” knowledge available in order to guide the search for new solutions by the evolutionary algorithm. Bayesian network was retained for the interactive modeling of expert knowledge. New evolutionary operators were defined in order to use knowledge contained in the network. Moreover, the system is completed by a process of parametric learning during optimization witch make it possible to adapt the model if guidance does not give good results. The method suggested ensures both a faster and effective optimization, but it also makes it possible to provide to the decision maker a graphic and interactive model of knowledge linked to studied project. An experimental platform was carried out to validate our approach.

L’intégration des contraintes d’industrialisation, des pièces en matériaux composites, en conception préliminaire, est un enjeu majeur de la compétitivité des entreprises, et s’inscrit dans une démarche de développement durable. Un travail de captation et de mise en forme de la connaissance industrielle a permis de développer une stratégie d’optimisation. Cette stratégie repose sur une approche multi-métiers, elle permet d’estimer la performance technique et économique d’une solution d’industrialisation. L’estimation de la performance est basée sur l’évaluation, pour chaque solution d’industrialisation, du risque de rupture du composant assemblé, du niveau d’intégration fonctionnelle et du coût de fabrication. La définition de la meilleure alternative est obtenue par la comparaison de la performance de solutions et s’appuie sur des méthodes et outils d’aide à la décision. Le risque de rupture est estimé à partir des écarts entre des caractéristiques de la pièce fabriquée par procédé Resin Transfer Molding (RTM) et les caractéristiques nominales. Les caractéristiques de la pièce fabriquée prises en compte sont : - les écarts géométriques, - les écarts de caractéristiques mécaniques. Dans l’industrie aéronautique, certaines pièces de structure en matériaux composites sont réalisées par le procédé RTM. Dans ce type de mise en forme, les caractéristiques mécaniques du composant sont directement liées au niveau d’imprégnation de la préforme. Dans le travail de thèse, les défauts d’imprégnation sont identifiés comme des écarts volumiques d’imprégnation. Ces écarts ont pour conséquence d’altérer les propriétés mécaniques du matériau qui constitue la pièce. L’estimation des écarts volumiques d’imprégnation est obtenue à partir de l’analyse des résultats de la simulation par éléments finis de l’écoulement de résine dans le renfort fibreux (logiciel Pam RTM®). La géométrie de la pièce obtenue par procédé RTM diffère de la géométrie nominale, cet écart est due en partie aux différences entre les caractéristiques physiques des constituants du matériau composite. Les variations géométriques de la pièce fabriquée sont identifiées comme des écarts géométriques de fabrication. Les écarts géométriques sont compensés, lors de la phase d’assemblage, par des déformations garantissant les contacts avec les pièces adjacentes. Ces déformations génèrent un état de contraintes mécaniques au sein de la pièce. La quantification de l’état de contraintes mécaniques est obtenue à partir d’une simulation thermomécanique par éléments finis réalisée par le logiciel Samcef®. L’aide à la décision est basée sur l’étude combinée de l’état de contraintes mécaniques due à la compensation des écarts géométriques et de l’incidence des écarts volumiques d’imprégnation sur les propriétés mécaniques de la pièce. Trois critères permettent d’estimer le risque de rupture du composant assemblé : un critère de rupture des matériaux composites quantifie le risque de rupture, les deux autres critères, prenant en compte les défauts d’imprégnation, majorent le risque de rupture. Afin de faciliter l’interprétation des résultats et la phase de comparaison de solutions, le risque de rupture est présenté sous forme d’une cartographie. En fonction des couplages des valeurs des critères, une optimisation de la conception et/ou de l’industrialisation est proposée. Une évaluation du niveau d’intégration fonctionnelle ainsi que du coût de fabrication complète la démarche d’aide à la décision. / Integrating industrialization constraints of composite materials into preliminary design is a major challenge for companies in terms of competitiveness, and is part of a sustainable development approach. Work on capturing and formatting industry knowledge has helped develop a design optimization strategy. This strategy is based on multidisciplinary rules, and estimates the technical and economic performance of an industrialization solution. This estimate is based on the evaluation of failure risk of component assembly, level of functional integration and manufacturing cost. The definition of the best alternative is obtained by comparing solution performances, relying on decision support methods and tools. The failure risk is estimated from differences between the characteristics of the part manufactured by Resin Transfer Molding Process (RTM) and the nominal part (CAD). The following characteristics of the manufactured part are taken into account: ? - geometric deviations, ? - characteristic mechanical deviations. In the aviation industry, some structural composite parts are manufacture by RTM. In this type of manufacture, the mechanical properties of the component are directly related to the level of preform impregnation. In this thesis, the impregnation defects are identified as volumic impregnation deviations. These deviations have the effect of altering the mechanical properties of material. Estimated volume impregnation deviations are obtained by analysing the results of the finite element simulation of resin flow into the fibrous reinforcement (software Pam RTM ®). The part geometry obtained using the RTM process differs from the nominal geometry, with the deviation due partly to differences between the physical components of the composite material. The geometric variations in the manufactured part are identified as geometric manufacturing deviations. These geometric deviations are offset, in the assembly phase, by deformations due to contact with adjacent parts, which generate a state of mechanical stress within the part. The mechanical stress state is quantified from a finite element thermomechanical simulation carried out using the Samcef ® software. Decision support is based on the combined study of the state of mechanical stress due to the compensation of geometric deviations and the incidence of volume impregnation deviations on the mechanical properties of the part. Three criteria are used to estimate the failure risk of the assembled component: a composite materials failure criterion quantifies failure risk; the other two criteria, taking into account the impregnation defects, increase the failure risk. To facilitate interpretation of results and the solution comparison phase, the failure risk is represented by mapping. Depending on the coupling values of the criteria, optimizing the design and/or industrialization is proposed. An evaluation of the level of functional integration and manufacturing cost complete the decision support process.

La phase de conception préliminaire est déterminante lors de la réalisation d’un projet industriel. Elle exploite généralement des outils méthodologiques tels que le brainstorming, l’analyse causale et le chronogramme, qui permettent la collaboration entre des participants aux compétences et aux approches différentes. Ces activités se déroulent dans des salles de réunions traditionnelles, autour d'une table ou devant un tableau blanc, avec l’aide de nombreux papiers et Post-it, ce qui rend la préparation, l’exécution, et l’exploitation de ce processus particulièrement difficile. Jusqu’à présent, cette phase de conception préliminaire a résisté à la numérisation, notamment parce que l’addition d’un dispositif informatique au sein de ces activités perturbe la communication et la collaboration naturelles entre participants. Au cours des dix dernières années, de nombreuses avancées technologiques ont été réalisées en ce qui concerne les dispositifs numériques tels que les tables et les tableaux interactifs, les smartphones et les tablettes tactiles. La similarité des configurations physiques de ces dispositifs avec les dispositifs plus traditionnels permet d’exploiter les capacités préexistantes des utilisateurs (l’habileté motrice, le raisonnement spatial, le langage parlé, etc.). Les chercheurs se basent sur l’hypothèse que ces nouveaux dispositifs, travaillant de concert au sein d’espaces interactifs, pourront augmenter la collaboration co-localisée pour les équipes de conception préliminaire. L’objectif de cette thèse est, d’une part, d’étudier la conception d’un espace interactif pour la collaboration co-localisée durant la phase de conception préliminaire, et d’autre part, de proposer une architecture permettant de réunir les dispositifs hétérogènes et distribués composant cet espace.La première contribution consiste en une présentation détaillée d’un espace interactif utilisant une configuration physique encore peu exploitée dans la littérature scientifique : une table et un tableau multi-tactiles de grandes dimensions. La conception de cet espace interactif a été basée sur des observations d’utilisateurs dans un contexte de conception préliminaire traditionnel et sur une revue de la littérature visant à identifier des principes de conception. Lors de la conception de cet espace, une attention particulière a été portée à l’interface utilisateur qui s’étend sur des écrans partagés et qui maintient une séparation entre les activités d’un participant et les activités d’une équipe. Enfin, les évaluations, réalisées avec des groupes de cinq à six participants, démontrent une amélioration dans l’exploitation des outils méthodologiques sur supports numériques par rapport à une utilisation traditionnelle lors de la conception préliminaire.La conception d’une infrastructure distribuée basée sur un système multi-agents constitue la deuxième contribution de cette thèse. Cette infrastructure parvient à rassembler de nombreuses plateformes et des dispositifs hétérogènes. Elle représente une solution intéressante pour les espaces interactifs, en particulier parce qu’elle tolère particulièrement bien la défaillance de réseau et permet un prototypage rapide des dispositifs. / The preliminary design phase occurs near the launch of an engineering project, normally after an initial requirements gathering phase. Through a series of meetingswhich gathers the key actors of a project, effective preliminary design involves discussion and decision-making punctuated by group creativity techniques. These activities are designed to explore the potential solutions of the problem, such asbrainstorming or causal analysis, or to address the project itself, such as collaborative project planning. Such activities are usually conducted in traditional meeting rooms with pen and paper media, which requires significant time and effort to prepare, perform, and later render into a digitally exploitable format. These processes have resisted previous attempts of computer-supported solutions, because any additional instruments risk obstructing the natural collaboration and workflow that make these activities so beneficial. Over the past decade, technologies such as interactive table tops, interactive wall displays, speech recognition software, 3D motion sensing cameras, and handheld tablets and smartphones have experienced significant advances in maturity. Theirform factors resemble the physical configuration of traditional pen-and-paper environments,while their “natural” input devices (based on multi-touch, gestures, voice, tangibles, etc.) allow them to leverage a user’s pre-existing verbal, spatial,social, motor and cognitive skills. Researchers hypothesize that having these devices working in concert inside interactive spaces could augment collaboration forco-located (i.e. physically present) groups of users.There currently exist several interactive spaces in the literature, illustrating awide range of potential hardware configurations and interaction techniques. The goal of this thesis is first to explore what qualities these interactive spaces should exhibit in their interaction design, particularly with regard to preliminary designactivities, and second, to investigate how their heterogeneous and distributed computing devices can be unified into a flexible and extensible distributed computing architecture. The first main contribution of this thesis is an extensive presentation of an interactive space, which at its core uses a configuration not yet fully explored inprevious literature : a large multitouch table top and a large multitouch interactive Abstract board display. The design of this interactive space is driven by observations o fgroups engaged in preliminary design activities in traditional environments and a literature review aimed at extracting user-centered design guide lines. Special consideration is given to the user interface as it extends across multiple shared displays, and maintains a separation of concerns regarding personal and group work. Finally, evaluations using groups of five and six users show that using such an interactive space, coupled with our proposed multi-display interaction techniques, leads to a more effective construction of the digital artifacts used in preliminary design.The second main contribution of this thesis is a multi-agent infrastructure forthe distributed computing environment which effectively accommodates a widerange of platforms and devices in concerted interaction. By using agent-oriented programming and by establishing a common content language for messaging, the infrastructure is especially tolerant of network faults and suitable for rapid prototyping of heterogeneous devices in the interactive space.