Les structures destinées aux applications aérospatiales se doivent d’être légères, rigides et compactes afin de pouvoir être stockées dans la coiffe d’un lanceur. Une solution permettant de déployer automatiquement une ossature rigide à l’aide d’énergie élastique stockée dans des liaisons souples est proposée. La solution retenue, constituant une structure annulaire polygonale, peut être utilisée dans différents types d’applications spatiales, que ce soit pour des voiles solaires, de désorbitation ou des antennes satellite. Elle a fait l’objet d’études géométriques afin d’en optimiser la compacité et la masse. La cinématique et la dynamique du déploiement ont aussi été étudiées et modélisées, à la fois analytiquement et numériquement. L’analyse de la rigidité de la structure en position gerbée (pliée dans la coiffe du lanceur) et en configuration opérationnelle est traitée et confrontée aux expérimentations vibratoires d’un prototype. L’adjonction d’un réseau tridimensionnel permettant de tendre une membrane réflectrice pour des applications de type « antenne »sera proposée, ainsi qu’un dispositif de verrouillage en phase opérationnelle. / The structures intended for the aerospace applications have to be lightweight, stiff and compact to be able to be stored in the fairing of a launcher. A solution is allowing to deploy automatically a stiff skeleton by means of elastic energy stored in flexible connections. The reserved solution, establishing an annular polygonal structure, can be used in various types of space applications, whether it is for solar, deorbiting or satellite antennas. It made the object of geometrical studies to optimize the compactness and the mass. The kinematics and the dynamics of the deployment were also studied and modelled, at the same time analytically and numerically. The analysis of the rigidity of the structure in folded position (folded in the fairing) and in operational configuration is handled and confronted with the vibratory experiments of a prototype. The addition of a three-dimensional network allowing to tighten a reflector membrane for applications of type "antenna" will be proposed, as well as a locking device in operational phase.

L'avenir de l'astronomie X-dur repose sur le développement de nouveaux instruments permettant la focalisation des photons d'une centaine de keV. En effet, la focalisation permet un gain considérable en sensibilité et en résolution angulaire. Obtenue par réflexions rasantes sur des miroirs Wolter-I, son utilisation jusqu'ici limitée à la dizaine de keV peut être étendue à plus haute énergie grâce à un revêtement spécifique et une importante focale. L'observation du rayonnement X ne pouvant se faire qu'au delà de notre atmosphère, les dimensions des observatoires, et donc leur focale, étaient limitées par les capacités des lanceurs. Depuis quelques années, de nouvelles technologies comme les mats déployables ou le vol en formation sont à l'étude pour s'affranchir de cette limite. Afin de mieux comprendre le fonctionnement de ces télescopes, je détaille la géométrie des miroirs Wolter-I, la réflectivité de leur revêtement, la détection dans un semi-conducteur ainsi que la dynamique liée aux mats déployables et au vol en formation. Ces télescopes sont des systèmes optiques complexes, sujets à déformation au cours d'une observation et nécessitent une métrologie précise pour mesurer ces déformations afin de corriger l'image. Pour en étudier les performances, j'ai développé un code reproduisant le fonctionnement réel du télescope. Chaque photon est traité individuellement, son parcours et ses interactions dépendent de l'évolution de la structure du télescope au cours du temps. Chaque élément du télescope est modélisé, ainsi que la métrologie nécessaire à la restitution de sa dynamique. Le parcours du photon est calculé dans un espace vectoriel à trois dimensions, en utilisant des méthodes Monte-Carlo pour reproduire les défauts et la réflectivité des miroirs ainsi que les interactions dans le détecteur. La simulation fournit des images et des spectres en énergie, dont on peut extraire la résolution angulaire, le champ de vue, la surface efficace et l'efficacité de détection. En 2006, la mission d'astronomie Simbol-X fut sélectionnée dans le cadre de l'étude du vol en formation. Ce concept permet d'atteindre une grande distance focale en distribuant le télescope sur deux satellites. Cependant, la dynamique particulière liée au vol en formation a des conséquences sur les performances du télescope et nécessite d'être maitrisée. Dans le cadre de cette mission, ma simulation a permis d'étudier les conséquences de chaque mouvement des satellites sur les performances du télescope ainsi que les conséquences des défauts de la métrologie sur la correction des images. Cette étude a apporté des contraintes sur le contrôle d'attitude de chaque satellite et sur la précision de la métrologie nécessaire. Au regard des résultats obtenus, je démontre la faisabilité d'un tel télescope. Au delà de la mission Simbol-X, je me suis intéressé à l'optimisation des performances d'un télescope X-dur. En utilisant ma simulation, j'ai étudié l'influence de chaque paramètre sur les performances du télescope. Ces études ont mené à la conception du projet PheniX, un télescope opérant dans la gamme 1-200 keV, proposé par le Centre d'Etude Spatial des Rayonnements dans le cadre de l'appel d'offre M3 de l'Agence Spatiale Européenne. Equipé d'un nouveau type de revêtement et d'une focale de 40 mètres obtenue avec un mât déployable, ce télescope affiche un niveau de performance à 100 keV plus de 100 fois supérieur aux missions actuelles. Je présente ce projet ainsi que ses performances attendues, dans la dernière partie de ma thèse.

Les besoins croissants en moyens de télécommunication nécessitent le développement de grands réflecteurs spatiaux paraboliques. Un nouveau concept d'architecture d'antenne déployable est ainsi proposé en partenariat avec le CNES. La conception de son ossature repose sur une revue de solutions pour faire appel à des mécanismes de ciseau associés à des articulations flexibles. Des modélisations numériques par éléments finis sont d'abord développées pour simuler le déploiement par restitution de l'énergie emmagasinée dans ces articulations lors du pliage. Un démonstrateur expérimental avec un système de compensation gravitaire est ensuite réalisé. Des essais et mesures sont effectués pour caractériser son comportement en statique et dynamique puis sont comparés avec les résultats issus des simulations. La mise en forme de la surface réflectrice par un réseau de câbles est étudiée par la suite. Une méthode innovante de recherche de forme permettant d'obtenir un réseau parabolique en tension uniforme est alors proposée. Elle est appliquée à différentes typologies de réseaux et l'erreur de surface résultant de sa facettisation est évaluée. Le procédé d'accrochage de ce réseau sur l'ossature de l'antenne est également traité. / The growing needs in telecommunications require the development of large parabolic reflectors. A new conceptual design for the architecture of a deployable antenna is therefore proposed in partnership with the CNES. The design of its framework is based on a review of solutions which leads to scissor mechanisms associated with flexible joints. Numerical modelings with finite elements are first developed to simulate the deployment by the release of the energy stored in the joints after the folding. An experimental prototype with a gravity compensation device is then realized. Tests and measurements are performed to characterize the static and dynamic behavior and compared with the results of simulations. Shaping of the reflective surface by a net of cables is then studied. A new form-finding method for obtaining a net with a uniform tension is then proposed. It is applied to different parabolic typologies of nets and the error due to surface faceting is evaluated. The process of net attachment on the antenna rim structure is also treated.

Les réseaux mobiles auto-déployables sont des réseaux qui peuvent être rapidement déployés, facilement installés, sur demande, n’importe où, et n’importe quand. Ils visent divers cas d’utilisation pour fournir des services aux utilisateurs lorsque le réseau classique ne peut pas être utilisé, ou n’existe pas : lors d’événements publics, lors des situations critiques, ou dans les zones isolées. Ces réseaux font évoluer l’architecture d’un réseau classique, en éliminant la séparation physique qui existe entre le réseau d’accès et le cœur de réseau. Cette séparation est désormais uniquement fonctionnelle, vu qu’une station de base est colocalisée avec les fonctionnalités du réseau de cœur, telles que la gestion de session et le routage, en plus des serveurs d’applications. Une station de base, toute seule, sans connexion à un réseau externe, fournit des services aux utilisateurs dans sa zone de couverture. Lorsque plusieurs stations de base sont interconnectées, les liens entre elles forment un réseau d’interconnexion, qui risque d’avoir une capacité limitée. Dans ce travail, nous nous appuyons sur les propriétés distinguant les réseaux auto-déployables pour revisiter des problèmes classiques du réseau d’accès dans ce nouvel contexte, mais aussi pour aborder de nouveaux défis créés par l’architecture du réseau. Tout d’abord, nous proposons un algorithme qui retourne un schéma d’allocation de fréquences et de puissances pour les stations de base. Celui-ci augmente considérablement les débits des utilisateurs par rapport aux schémas classiques de réutilisation de fréquences. Ensuite, nous traitons le problème de placement des fonctionnalités du cœur du réseau. Pour le placement centralisé, nous proposons une nouvelle métrique de centralité qui permet de placer les fonctions de façon à maximiser le trafic pouvant être échangé dans le réseau. Pour le placement distribué, nous évaluons le nombre de fonctions nécessaires et leur placement optimal, en tenant compte de l’impact sur la capacité du réseau d’interconnexion. Nous démontrons aussi les avantages du placement distribué par rapport au centralisé en terme de consommation de ressources sur le réseau d’interconnexion. Dans le même contexte, nous abordons le problème d’attachement des utilisateurs, lorsque les fonctionnalités du cœur de réseau sont distribuées, pour déterminer par laquelle de ces fonctionnalités un utilisateur est-il servi. Enfin, avec le réseau d’accès configuré et le cœur de réseau organisé, les utilisateurs commencent à arriver. Alors, nous abordons le problème de l’association des utilisateurs. Nous proposons une nouvelle politique d’association adaptée aux propriétés des réseaux auto-déployables. Cette politique réduit la probabilité de blocage par rapport aux politiques classiques basées uniquement sur la qualité de la voie descendante, en tenant compte à la fois des ressources du réseau d’accès, des ressources sur le réseau d’interconnexion, et des demandes des utilisateurs. / Self-deployable mobile networks are a novel family of cellular networks, that can be rapidly deployed, easily installed, and operated on demand, anywhere, anytime. They target diverse use cases and provide network services when the classical network fails, is not suitable, or simply does not exist: when the network saturates during crowded events, when first responders need private broadband communication in disaster-relief and mission-critical situations, or when there is no infrastructure in areas with low population density. These networks are challenging a long-standing vision of cellular networks by eliminating the physical separation between the radio access network (RAN) and the core network (CN). In addition to providing RAN functionalities, such as radio signal processing and radio resource management, a base station can also provide those of the CN, such as session management and routing, in addition to housing application servers. As a result, a base station with no backhaul connection to a traditional CN can provide local services to users in its vicinity. To cover larger areas, several base stations must interconnect. With the CN functions co-located with the RAN, the links interconnecting the BSs form the backhaul network. Being setup by the BSs, potentially in an ad hoc manner, the latter may have a limited bandwidth. In this thesis, we build on the properties distinguishing self-deployable networks to revisit classical RAN problems but in the self-deployable context, and address the novel challenges created by the core network architecture. Starting with the RAN configuration, we propose an algorithm that sets a frequency and power allocation scheme. The latter outperforms conventional frequency reuse schemes in terms of the achieved user throughput and is robust facing variations in the number of users and their distribution in the network. Once the RAN is configured, we move to the CN organization, and address both centralized and distributed CN functions placements. For the centralized placement, building on the shortages of state of the art metrics, we propose a novel centrality metric that places the functions in a way that maximizes the traffic that can be exchanged in the network. For the distributed placement, we evaluate the number of needed instances of the CN functions and their optimal placement, considering the impact on the backhaul bandwidth. We further highlight the advantages of distributing CN functions, from a backhaul point of view. Accordingly, we tackle the user attachment problem to determine the CN instances serving each user when the former are distributed. Finally, with the network ready to operate, and users starting to arrive, we tackle the user association problem. We propose a novel network-aware association policy adapted to self-deployable networks, that outperforms a traditional RAN-based policy. It jointly accounts for the downlink, the uplink, the backhaul and the user throughput request.

Le traitement endovasculaire des anévrismes de l’aorte (Endovascular Aneurysm Repair ou EVAR) est une chirurgie mini-invasive qui consiste à faire glisser une endoprothèse par voie fémorale jusqu’au niveau de l’anévrisme afin de re-canaliser le flux sanguin. Les principales complications qui peuvent survenir sont les phénomènes de migration et d’endofuites (écoulement persistant de sang dans le sac anévrismal) de type Ia. Ces phénomènes apparaissent lorsque l’étanchéité n’est plus assurée entre l’extrémité proximale de l’endoprothèse et le vaisseau sanguin. Dans ce travail, des simulations paramétrées de déploiement complet d’un système de pose de stent ont été développées en utilisant la Méthode des Éléments Finis (FEM) afin d’étudier la stabilité du contact lors du largage d’une endoprothèse en nitinol dans un Anévrisme de l’Aorte Thoracique (AAT) réaliste. Les facteurs suivants associés à ces complications ont été étudiés : (1) la longueur de la zone de fixation proximale (PASL), (2) la valeur de surdimensionnement ou « oversizing » du stent (O %), (3) la valeur du coefficient de frottement entre le stent et l’aorte (µ) et (4) l’angulation du collet proximal. L’influence de la présence de calcifications sur le comportement biomécanique de l’endoprothèse lors de son déploiement dans les zones de fixation a également été analysée. Les résultats des simulations ont montré qu’une PASL supérieure à 18 mm est un facteur décisif pour éviter la migration de l’endoprothèse pour une angulation du collet de l’anévrisme de 60° et dans des conditions de contact glissant (µ=0,05). L’augmentation de la valeur de l’oversizing de 10 % à 20 % améliore la résistance de la fixation de la prothèse. En revanche, un oversizing supérieur à 25 % pour une angulation du collet de 60° entraine des déformations excentriques ainsi que la ruine du stent. D’autre part, aucune migration n’a été observée dans un modèle d’aorte idéalisé où l’angulation du collet était de 0°, la PASL de 18 mm et le coefficient de frottement µ de 0,05. Afin d’améliorer le contact et de prévenir l’apparition de phénomènes de migration et d’endofuite de type Ia chez des patients présentant une aorte tortueuse et calcifiée avec un anévrisme fortement angulé, un nouveau design de stent a été proposé, basé sur les résultats des simulations numériques effectuées. La principale difficulté était de trouver un compromis entre flexibilité et raideur. Les résultats des simulations réalisées avec ce nouveau stent ont montré une amélioration de la stabilité de contact, ce qui a pour effet de limiter l’apparition des phénomènes de migration et donc de réduire les complications liées à la procédure endovasculaire. / The main mechanical related problems of endovascular aneurysm repair are migration and endoleak type Ia. They occur when there is no effective seal between the proximal end of stent-graft and the vessel. In this work, we have developed parameterized-deployment simulations of a complete stenting system using finite element method (FEM) to investigate the contact stiffness of a nitinol stent in a realistic Thoracic Aortic Aneurysm (TAA). Therefore, the following factors associated with these complications have evaluated: (1) Proximal Attachment Site Length (PASL), (2) stent Oversizing value (O %), (3) different contact friction situations (stent/aorta) and (4) proximal neck angulation. The calcification impact on the biomechanical behaviour of the deployment at the attachment zone has also been investigated. The simulation results showed that PASL>18mm was a crucial factor to prevent migration at a neck angle of 60⁰and smoothest contact condition (μ=0.05). The increase in (O %) ranging from 10% to 20% improved the fixation strength; however, O % ≥ 25% at 60° caused eccentric deformation and stent collapse. No migration was reported in an idealized aorta model with a neck angle of 0⁰, PASL=18mm and μ=0.05. The numerical observations are used as a guide to optimize the stent design in such neck morphology to strengthen the contact and prevent migration or endoleak type Ia. The optimized stent results showed better contact stability to resist the migration. They also showed a good compromise of stent design requirements (flexibility and stiffness). Moreover, the new design can also prevent the risk of folding or collapse of stent struts by mitigating the energy of eccentric deformation caused by high angulation and oversizing.

Les besoins croissants en moyens de télécommunication nécessitent le développement de grands réflecteurs spatiaux paraboliques. Un nouveau concept d'architecture d'antenne déployable est ainsi proposé en partenariat avec le CNES. La conception de son ossature repose sur une revue de solutions pour faire appel à des mécanismes de ciseau associés à des articulations flexibles. Des modélisations numériques par éléments finis sont d'abord développées pour simuler le déploiement par restitution de l'énergie emmagasinée dans ces articulations lors du pliage. Un démonstrateur expérimental avec un système de compensation gravitaire est ensuite réalisé. Des essais et mesures sont effectués pour caractériser son comportement en statique et dynamique puis sont comparés avec les résultats issus des simulations. La mise en forme de la surface réflectrice par un réseau de câbles est étudiée par la suite. Une méthode innovante de recherche de forme permettant d'obtenir un réseau parabolique en tension uniforme est alors proposée. Elle est appliquée à différentes typologies de réseaux et l'erreur de surface résultant de sa facettisation est évaluée. Le procédé d'accrochage de ce réseau sur l'ossature de l'antenne est également traité.