La recherche de moyens alternatifs pour la propulsion d'un aéronef est primordiale tant la dépendance au pétrole est forte. Le travail proposé dans cette thèse s'inscrit dans le besoin de soutenir les concepteurs de systèmes de propulsion innovants utilisant l'électricité. En partant du constat qu'il est primordial de s'appuyer sur l'analyse de l'aéronef dans sa globalité, nous proposons une approche basée sur les modèles, faisant appel aux modèles d’ingénierie système, aux modèles comportementaux basés sur la physique et à la simulation numérique, et collaborative, car la conception implique de nombreux métiers.L'objectif de cette approche est la création d'un produit virtuel qui est un modèle global multidisciplinaire exécutable du produit pour en faciliter la conception. Une méthodologie est alors construite pour se concentrer sur la relation entre le produit virtuel, ses modèles constitutifs et leur obtention. Le fil directeur de la méthodologie correspond à une recherche d'informations, au moyen de l'analyse des interactions et impacts multidisciplinaires qui apparaissent dans le système, puis l'application de cette information pour la construction d'un modèle d'intention qui permet la requête de modèles comportementaux auprès d'experts. C'est finalement le lien manquant entre la conception globale conduite par l'ingénierie système et la conception basée sur la physique du monde réel qui est implicitement traité dans ces travaux. Pour réaliser l'ensemble de la méthodologie, un nouveau rôle a été défini, le rôle d'architecte de simulation. Cette thèse présente la méthodologie de manière théorique, incluant ses rôles et concepts, puis cette dernière est démontrée sur un cas d'étude correspondant à l'hybridation d'un drone de type hélicoptère. / The research of alternative aircraft propulsion system is mandatory because oil dependence is too strong. The work proposed in this thesis is oriented to support electric based innovative propulsion system designers. Considering that it is important to consider entire aircraft analysis, we propose a model based, with systems engineering models, physics-based behavioral models and numerical simulation, and collaborative, because design require numerous business expertise. The objective of this approach is to build a virtual product, which means a global multidisciplinary executable model of the product under design in order to facilitate its design. A methodology is then developed, focused on the relation between the virtual product, its constitutive models and their acquisition. The methodology director wire corresponds to information research, with multidisciplinary interactions and impacts in the system, and then the application of those pieces of information to build a model of intention which allows requesting a behavioral model from experts. Finally, it is the missing link between global design driven with systems engineering and real physics based design which is implicitly at stake. To perform the methodology, a new role has been defined, the simulation architect. This thesis presents theoretically the methodology, including roles and concepts, and then this methodology is demonstrated on a helicopter based drone study-case.

La recherche de moyens alternatifs pour la propulsion d'un aéronef est primordiale tant la dépendance au pétrole est forte. Le travail proposé dans cette thèse s'inscrit dans le besoin de soutenir les concepteurs de systèmes de propulsion innovants utilisant l'électricité. En partant du constat qu'il est primordial de s'appuyer sur l'analyse de l'aéronef dans sa globalité, nous proposons une approche basée sur les modèles, faisant appel aux modèles d’ingénierie système, aux modèles comportementaux basés sur la physique et à la simulation numérique, et collaborative, car la conception implique de nombreux métiers.L'objectif de cette approche est la création d'un produit virtuel qui est un modèle global multidisciplinaire exécutable du produit pour en faciliter la conception. Une méthodologie est alors construite pour se concentrer sur la relation entre le produit virtuel, ses modèles constitutifs et leur obtention. Le fil directeur de la méthodologie correspond à une recherche d'informations, au moyen de l'analyse des interactions et impacts multidisciplinaires qui apparaissent dans le système, puis l'application de cette information pour la construction d'un modèle d'intention qui permet la requête de modèles comportementaux auprès d'experts. C'est finalement le lien manquant entre la conception globale conduite par l'ingénierie système et la conception basée sur la physique du monde réel qui est implicitement traité dans ces travaux. Pour réaliser l'ensemble de la méthodologie, un nouveau rôle a été défini, le rôle d'architecte de simulation. Cette thèse présente la méthodologie de manière théorique, incluant ses rôles et concepts, puis cette dernière est démontrée sur un cas d'étude correspondant à l'hybridation d'un drone de type hélicoptère. / The research of alternative aircraft propulsion system is mandatory because oil dependence is too strong. The work proposed in this thesis is oriented to support electric based innovative propulsion system designers. Considering that it is important to consider entire aircraft analysis, we propose a model based, with systems engineering models, physics-based behavioral models and numerical simulation, and collaborative, because design require numerous business expertise. The objective of this approach is to build a virtual product, which means a global multidisciplinary executable model of the product under design in order to facilitate its design. A methodology is then developed, focused on the relation between the virtual product, its constitutive models and their acquisition. The methodology director wire corresponds to information research, with multidisciplinary interactions and impacts in the system, and then the application of those pieces of information to build a model of intention which allows requesting a behavioral model from experts. Finally, it is the missing link between global design driven with systems engineering and real physics based design which is implicitly at stake. To perform the methodology, a new role has been defined, the simulation architect. This thesis presents theoretically the methodology, including roles and concepts, and then this methodology is demonstrated on a helicopter based drone study-case.

Dans un environnement fortement concurrentiel, les industriels doivent constamment améliorer leurs produits pour rester compétitifs et satisfaire au mieux leurs clients tout en minimisant les coûts et la prise de risques en conception. En phase préliminaire de conception ou de (re-)engineering, prédire les performances de nouveaux produits est une tâche difficile. En effet, l’impact des changements opérés sur les caractéristiques du produit relativement aux performances de celui-ci ne peut être estimé que de façon imprécise. Décideurs et concepteurs doivent pourtant identifier les performances à améliorer en limitant les efforts d’ingénierie déployés pour des améliorations innovantes. Bien que plusieurs indicateurs de plus-value aient été proposés par la communauté de la décision multicritère pour évaluer a priori l’amélioration que confère un changement de configuration à un produit, ils semblent néanmoins reposer sur des hypothèses de réalisabilité des gains de performance peu réalistes dans le contexte manufacturier.Sur la base de techniques d’analyse multicritère et de théorie des possibilités, cette thèse propose une extension de ces indices de plus-values lorsque la vraisemblance des améliorations espérées ne peut être évaluée de façon précise comme c’est le cas en phase de conception préliminaire. Cette connaissance imparfaite des relations entre les actions d’amélioration et les performances espérées rend la question « comment se fixer des objectifs ambitieux lorsque l’on conçoit ou améliore un produit tout en faisant en sorte que ces objectifs restent à la portée du manufacturier ? » d’autant plus complexe. Ainsi, les améliorations qu’il faut planifier doivent à la fois avoir un impact significatif sur la performance du produit et correspondre à des compétences maîtrisées par le manufacturier. Plusieurs approches de la littérature se sont intéressées à ces deux aspects de l’amélioration, mais peu d’entre elles les considèrent conjointement. Nous proposons dans cette thèse plusieurs approches qualitatives et possibilistes qui concilient les deux points de vue à travers des problèmes d’optimisation multi-attributs. La notion d’interaction entre deux dimensions de la performance y est centrale. Un exemple relatif à la conception d’un robot autonome est proposé pour illustrer chacune de nos propositions. Cette étude de cas est issue du challenge Robafis qui est organisé annuellement par l’Association Française d’ingénierie Système (AFIS) pour promouvoir l’ingénierie système dans les écoles d’ingénieurs. / In a highly competitive and unstable environment, manufacturers must constantly improve their products to remain competitive and satisfy their customers while minimizing incurred costs and risk taking at the design stage. At the early stages of (re-)engineering, performances forecasting of new product is complicated. Indeed, the impacts of any characteristic change on the product performance are not precisely known. Decision makers must thus identify the performances to be improved while limiting the engineering efforts spent on innovative upgrades. Although some theoretical worth indexes have been proposed in the multiple criteria decision-making literature to estimate the expectable gains when improving changes are planned, they generally rely on non-realistic assumptions on the achievability of the expected improvements that cannot hold in manufacturing contexts. Based on multi-criteria decision analysis techniques and uncertainty theory, this thesis proposes an extension of the worth index concept when the likelihood of the expected improvements is not precisely known as it is the case at the preliminary stages of design activities. This poor knowledge of the relationships between improvement actions and expected performances makes the issue “how to set ambitious targets when improving or designing product while these targets remain within the reach of the manufacturer” all the thornier. Thus, improvements to be focused on are those which both have a significant positive impact on product performance and correspond to operational changes properly under control by the manufacturer. While some approaches in the literature have already addressed each of the two aspects of the improvement problem, few deal with both of them at the same time. We investigate several qualitative and possibilistic approaches that conciliate both points of view as multi attributes optimization problems. The notion of interaction between any two objectives to be simultaneously satisfied is central in our framework. An illustrative example related to the design phase of autonomous robot is provided. This case study is issued from the robotic challenge Robafis that is organized annually by the French association of Systems Engineering AFIS to promote Systems Engineering practice in engineers’ schools.

Ce mémoire constitue une synthèse de nos activités de recherche, d'animation scientifique, d'enseignement et de responsabilité pédagogique entre 1998 et 2008. <br />Depuis une dizaine d'années, les concepteurs de systèmes mécatroniques doivent satisfaire des exigences de plus en plus sévères et nombreuses. Pour cela, ils doivent créer des solutions qui tendent à se complexifier, pour porter de multiples fonctions de service ou intégrer les dernières technologies innovantes. La conception d'un système mécatronique passe par la conception architecturale qui réalise l'identification de l'architecture du système. Cette activité requiert l'implication d'un métier émergent et stratégique : l' "architecte système". En même temps que l'ingénierie technique, l'architecte système doit assurer l'ingénierie organisationnelle de la conception, c'est-à-dire, définir une organisation adéquate du système de conception. Ce double rôle est critique lors de la phase de conception préliminaire, car les décisions prises auront un impact fort sur les performances de l'ensemble du projet.<br />La finalité de nos travaux est de développer des modèles, méthodes et outils d'aide à la décision permettant de supporter les activités à la fois technique et organisationnelle d'un architecte système. L'originalité majeure de notre projet réside dans le couplage que nous recherchons entre les architectures du système-produit, du système-projet et du système de compétences de conception.<br />Nous avons structuré nos contributions selon trois thématiques et répondu aux questions suivantes :<br />T1 - Identification d'une architecture modulaire du produit : comment identifier une architecture modulaire ? Comment modéliser l'architecture d'une famille de produits et générer la diversité ?<br />T2 - Organisation du système de conception : comment constituer des équipes compétentes ? Comment piloter les systèmes de compétences ? <br />T3 - Co-conception des architectures produit-projet : Comment propager des évolutions des modules du produit vers l'organisation du système de conception ? Comment coupler l'architecture du produit et l'organisation du système de conception ?<br />Des perspectives sont proposées propres aux deux thématiques majeures de notre projet (T1 et T2), ainsi que quatre extensions possibles : <br />1) Vers une conception collaborative consciente,<br />2) Vers une performance durable du système de conception,<br />3) Vers un système agile de systèmes de conception,<br />4) Vers une conception intégrée de systèmes micro-mécatroniques.

Dans un contexte industriel qui évolue rapidement et constamment, les constructeurs automobiles sont amenés à développer des produits qui soient en adéquation avec des demandes d'un marché international et qui respectent en même temps les contraintes réglementaires imposées. Les systèmes de chaine de transmission hybrides rentrent donc dans cette volonté des constructeurs à vouloir proposer des produits véhicules performants, à faible coût et respectant les contraintes d'émission de gaz polluants. A travers le travail effectué dans cette thèse, nous proposons une démarche de conception permettant de modéliser un système technique complexe à différents niveaux systémiques au cours du cycle de conception, de l'optimiser localement à partir des expertises métiers, de modéliser les connaissances collaboratives qui sont échangées entre les modèles métiers et d'optimiser l'espace de conception afin de converger vers une solution de conception optimale dans un contexte d'innovation ou nous partons de la feuille blanche.L'objectif de ce travail est de proposer une nouvelle façon d'aborder les problèmes de conception des systèmes complexes, qui s'adapte au contexte de conception innovante tout comme la conception routinière. Ceci afin de permettre aux entreprises telles que PSA Peugeot Citroën de pouvoir proposer des produits avec des technologies à forte rupture tout en réduisant leurs coûts et garantir leurs images de marque. Ce travail a été illustré et validé à travers les résultats obtenus dans le cadre du projet de conception de chaine de transmission hybride MTI effectué au département d'innovation de PSA Peugeot Citroën. / In an industrial context that is continuously evolving and changing, automotive constructors find themselves obliged to develop their products by taking into account the requirements of an international market and the imposed regulations in this field. Hybrid powertrain systems fits into this constructor will to propose to customers efficient products that respects the regulation regarding gas emissions and presents a profitable low cost. Through the work done in this PhD, we propose a design approach that allow the modeling of a complex technical system in its different systemic levels during the design process, the local optimization done from professional expertise, the modeling of collaborative data exchanged between expert models and the optimization of the design space in order to converge towards an optimal design solution in innovative context.The aim of our work is to propose a new way of dealing with design problems related to complex systems that can be adapted to an innovative design context. This will allow companies such as PSA Peugeot Citroen to be able to diversify their products and integrated even the latest technology in it. This work has been illustrated and validated through the results obtained on the MTI project for the design of hybrid powertrain.

Dans un avion, un hélicoptère ou un lanceur actuel, des milliers de capteurs, pour la plupart non critiques sont utilisés pour la mesure de divers paramètres (températures, pressions, positions...) Les résultats sont ensuite acheminés par des fils vers les calculateurs de bord qui les traitent. Ceci implique la mise en place de centaines de kilomètres de câbles (500 km pour un avion de ligne) dont le volume est considérable. Il en résulte une grande complexité de conception et de fabrication, des problèmes de fiabilité, notamment au niveau des connexions, et une masse importante. Par ailleurs l'instrumentation de certaines zones est impossible car leur câblage est difficilement envisageable par manque d'espace. En outre, s'il est souvent intéressant d'installer de nouveaux capteurs pour faire évoluer un aéronef ancien, l'installation des câbles nécessaires implique un démantèlement partiel, problématique et coûteux, de l'appareil. Pour résoudre ces problèmes, une idée innovante a émergé chez les industriels de l'aéronautique : commencer à remplacer les réseaux filaires reliant les capteurs d'un aéronef et leur centre de décision par des réseaux sans fil. Les technologies de communication sans fil sont aujourd'hui largement utilisées dans les marchés de l'électronique de grande consommation. Elles commencent également à être déployées pour des applications industrielles comme l'automobile ou le relevé à distance de compteurs domestiques. Cependant, remplacer des câbles par des ondes représente un défi technologique considérable comme la propagation en milieu confiné, la sécurité, la sureté de fonctionnement, la fiabilité ou la compatibilité électromagnétique. Cette thèse est motivée d'une part par l'avancée non négligeable dans le milieu aérospatial que pourrait être l'établissement d'un réseau sans fil à bord d'aéronefs dans la résolution de problématique classiques comme l'allégement et l'instrumentation. Il en résulterait donc : * Une meilleure connaissance de l'environnement et de la santé de l'aéronef * Un gain sur le poids. * Un gain en flexibilité. * Un gain en malléabilité et en évolutivité. * Un gain sur la complexité. * Un gain sur la fiabilité D'autre part, étant donnée la complexité de la conception de ce réseau de capteur sans fil, il a été nécessaire d'appliquer une méthodologie évolutive et adaptée mais inspirée de l'ingénierie système. Il est envisageable, vu le nombre de sous-systèmes à considérer, que cette méthodologie soit réutilisable pour d'autre cas pratiques. Une étude aussi complète que possible a été réalisée autour de l'existant déjà établi sur le sujet. En effet, on peut en lisant ce mémoire de thèse avoir une idée assez précise de ce qui a été fait. Une liste a été dressée de toutes les technologies sans fil en indiquant leur état de maturité, leurs avantages et leurs inconvénients afin de préciser les choix possibles et les raisons de ces choix. Des projets de capteurs sans fil ont été réalisés, des technologies sans fil performantes et personnalisables ont été développées et arrivent à maturité dans des secteurs variés tels que la domotique, la santé, l'automobile ou même l'aéronautique. Cependant aucun capteur sans fil n'a été véritablement installé en milieu aérospatial car de nombreux verrous technologiques n'ont pas été levés. Fort des expériences passées, et de la maturité qu'ont prise certaines technologies, des conclusions ont été tirées des projets antérieurs afin de tendre vers des solutions plus viables. Une fois identifiés, les verrous technologiques ont été isolés. Une personnalisation de notre solution a été à envisager afin de remédier tant que faire se peut à ces points bloquants avec les moyens mis à disposition. La méthodologie appliquée nous a permis d'identifier un maximum de contraintes, besoins et exigences pour mieux focaliser les efforts d'innovation sur les plus importantes et choisir ainsi les technologies les plus indiquées.