Les processus de prise de décision dans la conception demandent aux concepteurs de prioriser les spécifications et les variables afin de développer des solutions plus proches des objectifs du produit. Néanmoins, la taille des informations est souvent volumineuse et difficile à comprendre : garder la trace de la liste des variables dépendantes, des variables indépendantes et des objectifs de conception est une tâche complexe, avec potentiellement des retraitements et perte de temps, surtout lorsqu'il est nécessaire d'identifier quand une modification sur une variable peut avoir un impact sur les performances du produit.L'objectif de cette thèse est de proposer une méthode qui permettant d'obtenir un trade-off entre les objectifs de conception. Ce trade-off est basé sur deux aspects : i) le développement d'un modèle de traçabilité, gérant les informations à partir des exigences du produit (dans le domaine linguistique) jusqu'à la définition des variables (dans le domaine des nombres réels). ii) un cadre d’amélioration de la conception, fondé sur la définition des fonctions de désirabilité des objectifs de conception. La propagation de ces fonctions jusqu’à les variables de conception permettent de calculer la combinaison de valeurs qui maximisent l’index global de désirabilité de la solution.La proposition de thèse peut être comprise comme une approche hybride, comprenant une partie exploratoire interactive et une partie interactive inductive. Sur la partie exploratoire, les concepteurs peuvent modifier les variables à l'aide d'outils visuels afin de comprendre en temps réel l'impact de ces modifications sur les objectifs de conception. Sur la partie inductive, les concepteurs utilisent une méthode de pré-dimensionnement proposée, qui calcule les valeurs des variables qui maximisent la désirabilité des objectifs de conception. Cette méthode fonctionne sur un environnement de conception multidisciplinaire, avec des problèmes convexes ou non-convexes. / Preliminary design decision-making processes are related to the prioritisation of design specifications and variables in order to develop solutions that are closer to product's requirements. Nevertheless, the size of the information is often large and hard to understand: keeping in track the list of dependent variables, independent variables and design objectives is a challenging task, with potentially reprocessing and loss of time, especially when it is necessary to identify how a modification on a variable might impact the performance of the product.The objective of this thesis is to generate a method that can obtain a trade-off among the design objectives desirability. This trade-off process is supported on two aspects: i) the development of a traceability model, managing information from the input requirements (in the linguistic field) up to the variables definition (in the real numbers field). ii) A design amelioration framework, based on the definition of the design objectives desirability functions; the propagation of these functions until design variables allow to calculate the combinations of values that maximise the global desirability of the solution.The proposal of the thesis can be understood as a hybrid approach, including an interactive exploratory part and an inductive interactive part. On the exploratory part, designers can modify the variables using visual tools in order to understand in real time how these modifications have an impact on the design objectives. On the inductive part, designers make use a proposed pre-sizing method that calculates the values of the variables that maximise the desirability of the design objectives. This proposal is developed to perform on a multidisciplinary design environment, facing, either convex and non-convex problems.

La recherche en conception de produits aboutit à des méthodologies et des outils dans le but d'améliorer innovation et créativité. Dans ce contexte, notre recherche propose un modèle de la phase d'exploration du processus de conception de produits; bien que cruciales pour la suite du processus de conception, les phases amont étaient jusqu'à présent peu décrites, en partie car elles impliquent des opérations cognitives difficilement observables. Notre recherche s'est appuyée sur la mise en œuvre d'un protocole expérimental composé de questionnaires, d'entretiens et de simulations d'activités de conception, réalisé avec la participation de designers professionnels. Cette démarche a permis de décrire les stratégies de recherche d'informations et d'images par les designers dans la phase d'exploration du processus de conception et de montrer que le raisonnement créatif amont s'appuie principalement sur les informations visuelles. L'impact des images sur la créativité en design a ensuite été étudié, en particulier en fonction du secteur d'influence de l'image (architecture, mode

Dans la continuité des travaux de recherches sur les systèmes de transmission mécanique embarqués, l’objectif de cette thèse est double : approfondir les modèles d’estimations des pièces d’un Actionneur Electromécanique (EMA) et étendre la vision transversale de la conception préliminaire aux aspects dynamiques. En effet, cette recherche permet, lors de la conception préliminaire basée sur les modèles, d’adapter les choix d’architectures et de technologies vis-à-vis des performances statiques et dynamiques à atteindre. Les modèles développés à partir des lois d’échelles sont étendus et exploités afin de modéliser les pièces élémentaires de l’EMA et de faire ressortir les règles de « bonnes pratiques » en conception préliminaire. On s’intéresse en particulier au dimensionnement des EMAs dans le domaine aéronautique. Dans un premier temps, nous avons donc créé des modèles d’estimation et des métamodèles des pièces de l’EMA. A cet effet, il est décomposé en carter et pièces élémentaires qu’il intègre.Dans un second temps, nous avons établis des règles de bonne conception et des pistes de dimensionnement de l’actionneur asservi en position. Contrairement aux recherches antérieures, qui se centraient sur le dimensionnement en puissance, nous avons pris en compte la synthèse de la commande pour établir ces règles. A partir de modèles de simulations, nous qualifions et quantifions l’influence des défauts (inertie et saturations, élasticité/jeu, frottement) sur les performances limites de l’EMA. En effet, les structures de commande usuelles et le choix des éléments de contrôle-commande sont intimement liés aux performances dynamiques et à ces défauts. Enfin, afin de se doter de moyens d’essais pour identifier finement un modèle de frottement dans des conditions aéronautiques de température, un banc d'essai sur le réducteur Harmonic Drive a été conçu et mis en œuvre. Il permet également d’amorcer la validation des règles de bonne conception / In the continuity of work of research on embedded systems of mechanical transmission, this these has two objectives: to improve estimation models of Electromechanical Actuator (EMA) pieces and to extend the cross-cutting vision of preliminary design to the dynamic aspects. Indeed, in the preliminary design based on models, this research should allow to adapt the choice of architectures and technologies to static and dynamic performance to achieve. The models developed from the scaling laws will be extended and exploited to modelize elementary pieces of the EMA and to highlight rules of "good practices" in preliminary design. We focus in particular on the design of EMA in aeronautic field. In the first time, we developed estimations models and métamodèles of elementary components of EMA which was decomposed in housing and elementary pieces.In a second time, we established rules of good practices for actuator sizing in control position loop. Contrary to older researches, we take into account control synthesis to create these rules. From simulations models, we quantified the influence of technological defects of components (inertia and saturations, elasticity (backlash), friction) on EMA performances. Indeed, the usual command structures and the choice of the elements of control are intimately linked to the dynamic performance and these defects.Finally, to give test way to identify with accuracy a friction model in aeronautical conditions of temperature, a test bench of Harmonic Drive was create, integrated and implemented. It allows booting the validation of rules of good practices in preliminary design.

L'objectif de cette thèse est de fournir des méthodes et outils numériques dédiés à la conception préliminaire de systèmes multi-physiques, avec une attention particulière quant à l'évaluation des transferts thermiques mis en jeu dans les actionneurs et les systèmes électriques embarqués. Ce besoin émane de la recherche industrielle actuelle menant au développement de l'avion plus électrique ("More Electrical Aircraft " - MEA), qui met en œuvre de nouvelles technologies de systèmes embarqués où la gestion thermique de tels dispositifs est primordiale. Dans un premier temps, cette thèse propose une méthodologie basée sur l'analyse dimensionnelle et les modèles de substitution pour générer des modèles analytiques à partir de simulations éléments finis. De plus, une méthodologie de génération de plans d'expériences optimaux adaptée à l'utilisation du formalisme adimensionnel est également proposée. Dans un deuxième temps, deux approches numériques permettant de réduire le nombre de variables adimensionnelles d'un problème et d'étudier leur significativité physique sont proposées. La première approche utilise l'analyse de sensibilité d'une façon originale pour mettre en avant la significativité des nombres adimensionnels du problème considéré. La deuxième approche fait appel à des algorithmes d'optimisation pour réduire le nombre de variables adimensionnelles d'un problème. Enfin, les méthodes proposées ont été appliquées avec succès pour modéliser les composants d'un actionneur électromécanique d'aileron (moteur électrique de type brushless, carter mécanique), et d'un convertisseur de puissance électrique (condensateur, inductance, dissipateur) utilisé dans le contexte aéronautique. / The objective of this thesis is to develop methods and tools dedicated to the preliminary design of multi-physical systems, with a particular attention to the thermal modelling of actuators and embedded electrical systems. This need arises from the current industrial research which led to the More Electrical Aircraft program (MEA), which deals with new technologies of embedded systems where the thermal management of such devices is essential. First of all, this thesis proposes a methodology based on dimensional analysis and surrogate modelling technique to generate analytical models from finite element simulations. Furthermore, a methodology for constructing optimal design of experiments intended for building surrogate models using dimensionless variables is also proposed. Finaly, two numerical approaches which enable to reduce the number of dimensionless variables of a problem and to study their physical significance are proposed. The first approach uses sensitivity analysis in an original way to highlight the physical significance of the dimensionless numbers for a considered problem. The second approach uses optimization algorithms to reduce the number of dimensionless variables. In the second part of the thesis, the proposed methods were successfully applied to model several components of an electromechanical actuator (EMA) of an aileron (electrical brushless motor, mechanical housing, etc.), and of a power converter (capacitor, inductance, heatsink) used in an aeronautical context.

La variété des concepts d’aéronef à voilure tournante n’a d’égal que l’étendue de leur champ applicatif. Une question essentielle se pose alors : quel concept est le plus adapté face à un certain nombre de missions et de spécifications ? Pour y répondre il faut pouvoir évaluer les performances de vol et les impacts environnementaux de ces appareils. Le projet de recherche fédérateur C.R.E.A.T.I.O.N. pour « Concepts of Rotorcraft Enhanced Assessment Through Integrated Optimization Network » a pour but de mettre en place une plateforme numérique de calculs multidisciplinaires et multiniveaux de modélisation capable d’évaluer de tels critères. La multidisciplinarité fait écho aux différentes disciplines associées à l’évaluation des giravions tandis que l’aspect multi-niveaux de modélisation reflète la possibilité d’étudier un concept quelque soit l’état des connaissances sur ce dernier. La thèse s’inscrit dans ce projet. Une première implication est le développement de modèles de performances de vol et leur intégration dans des boucles de calculs multidisciplinaires. Au-delà de cet aspect de modélisation physique, la multidisciplinarité touche aussi le champ des mathématiques appliquées. Les méthodes d’optimisation multi objectifs multi paramètres, l’aide à la décision pour la sélection d’un optimum de meilleur compromis, l’exploration de bases de données, la création de modèles réduits sont autant de thématiques explorées dans cette thèse. / On the one hand the diversity of rotorcraft concepts is very rich, on the other hand the extent of their applications is very wide. Then a key question is raising: What is the most suitable concept facing a number of missions and specifications ? For answering, models and methods are required for predicting and evaluating the flight performances and environmental impact of rotorcraft. The project «Concepts of Rotorcraft Enhanced Assessment Through Integrated Optimization Network» (C.R.E.A.T.I.O.N.) aims at developing a multi-disciplinary and multi-level modelling calculation chain. The multi-disciplinary feature comes from the involvement of different disciplines in rotorcraft design. The multi modelling levels are defined to allow the evaluation of any rotorcraft concept whatever the level of details available in the description data. The present thesis is part of this project. First steps are the implementation of statistical models able to initialize the rotorcraft presizing from some specifications, the development of an analytical code that evaluates flight performances and its integration into the multidisciplinary calculation chain. A preliminary design conception chain using multidisciplinary optimization is setup and applied to a practical case showing its efficiency as presizing methodology. For this purpose multi-objectives exploration algorithms and decision aid methods to select a best compromise solution are also studied. The exploration of databases and creating response surface models are other themes explored in this thesis.