La conception aérodynamique des pales du rotor principal d’un hélicoptère doitsimultanément prendre en compte plusieurs objectifs relatifs aux critères du vol stationnaire etvol d’avancement. Cette thèse vise à développer une boucle d’optimisation automatiséecombinant des algorithmes d’optimisation avancés et des outils de simulation. Deux outils desimulation sont employés pour la prédiction des performances rotor : le code de mécanique devol HOST, ainsi que le code de Mécanique des Fluides Numérique (MFN) elsA. Une analyse deces outils est effectuée pour des cas test bien documentés afin d’estimer leur capacité à prédiredes tendances de performances rotor en fonction de la géométrie de pale. L’influence desparamètres numériques est également caractérisée. Aussi, une stratégie d’optimisation estdéveloppée, permettant la prise en compte de plusieurs objectifs et de contraintes complexes,ainsi que la détermination d’optima globaux pour ce problème multimodale. Suivant cescritères, un algorithme génétique (AG) est sélectionné. Afin de réduire le nombre d’évaluationsnécessaires, une stratégie d’optimisation multi-fidélité est proposée : une optimisationpréliminaire utilisant l’AG et HOST est utilisée pour la réduction de l’espace des paramètres ensélectionnant la zone de haute performance. Ensuite, une surface de réponse est construiteavec des calculs haute-fidélité des pales de haute performance comme vu par l’étapepréliminaire. L’optimisation est finalement effectuée sur cette surface de réponse haute-fidélité.L’approche proposée résulte en une augmentation significative des performances rotor, tout enrespectant le critère industriel relatif au nombre de calculs coûteux comme MFN. L’approcheproposée se révèle être un outil efficace pour la conception de pales du rotor principald’hélicoptère. / The aerodynamic design of helicopter rotor blades requires taking into accountedmultiple objectives simultaneously, to provide a compromise solution for the conflictingrequirements associated to hover and forward flight conditions. The present work aims atdeveloping an automated optimization based on the combination of advanced optimizationalgorithms and simulation tools. As a preliminary step, candidate simulation methods andoptimization algorithms are assessed in detail. Two simulation methods are employed for thecomputation of rotor performance: the in-house Helicopter Overall Simulation Tool (HOST),based on the blade element method, and ONERA’s Computation Fluid Dynamics (CFD) codeelsA. An in-detail analysis of both simulation tools for well documented test cases is carried out,with focus on their capability of predicting trends of the global rotor performance as a function ofblade geometry. The impact of computation settings is also characterized. Then, an optimizationstrategy is developed, allowing the incorporation of multiple objectives and complex constraints,and the detection of global optima for multi-modal problems. Based on these criteria, a geneticalgorithm (GA) is selected. To reduce the number of simulations required to find optimalsolutions, a Multi-Fidelity Optimization (MFO) strategy is proposed: a preliminary low-fidelity GAoptimization stage based on HOST simulations is used to reduce the design space by selectinga high-performance subspace. Then, a CFD-based surrogate model is constructed on thereduced design space by using a sample of high-performance blade from the low-fidelity step.The final optimization step is run on the high-fidelity surrogate. The proposed MFO approachresults in significant rotor performance improvements while using a far lower number of costlyCFD evaluations of the objective functions with respect to a full GA optimization. The proposedapproach is shown to represent an efficient design tool for industrial helicopter rotor blade

La réduction de la consommation des véhicules est un enjeu majeur pour les constructeurs. Parmi les stratégies employées, l’utilisation de lois de levée de soupape variables est en voie de démocratisation.Le premier objectif de cette thèse est de présenter la recherche et le pré dimensionnement d’un mécanisme offrant à la soupape trois levées distinctes : une pour la pleine charge, une pour les faibles charges et une permettant de désactiver un ou plusieurs cylindres pour les charges intermédiaires. Le pré dimensionnement comprend notamment les conditions d’usinabilité des cames, le calcul des ressorts de distribution et la contrainte de pression de contact entre les cames et les poussoirs.Le mode de fonctionnement de ce mécanisme est piloté par la position de deux actionneurs électromagnétiques choisis pour leur temps de réponse faible. Le deuxième objectif de la thèse est de proposer une optimisation afin de réduire leurs dimensions et faciliter leur intégration. Cette optimisation nécessite une modélisation multi-physique (magnétique, électrique, mécanique) du comportement de l’actionneur et permet de définir le profil de commande et les ressorts.Compte tenu du nombre de paramètres d’entrée et du temps de calcul d’une itération, l’optimisation présente un coût de calcul important. Nous présentons donc deux algorithmes de création de modèles de substitution par krigeage. Le premier permet d’approximer une fonction fine dans tout le domaine d’étude à un coût limité. Le second est inclus dans une boucle d’optimisation et n’utilise le modèle fin que lorsque l’approximation n’est pas suffisamment fiable. Ils permettent tout deux de réduire le coût d’optimisation. / Abstract : As the constraint on vehicle consumption tightens, variable valve lift strategies are used to increase engines efficiency. This thesis focuses on issues related to the design of a three-stage electromagnetic valve tappet. First of all, the tappet has to fit inside the engine and has to offer three different valve lifts: a full lift for high speed and torque requirements, a low lift for small loads and a lift allowing cylinder deactivation for medium loads. The tappet dimensioning includes, for example, cams feasibility, spring parameters and contact pressure between cams and tappets. Valve lift selection is made by two electromagnetic actuators in order to obtain a short transition time. Their size, however, hinders their integration. Hence, we realize an optimization aiming to reduce its volume and define the command profile and its return springs. This optimization requires a multi-physics model (electric, magnetic and dynamic) to simulate the actuator behavior. Due to the parameter number and the computational time needed per iteration, the optimization is expensive. Hence we suggest two metamodels algorithms to be used in the optimization. The first algorithm, off-line, is able to create iteratively a predictor precise in the entire domain studied with a lesser cost than Latin Hypercube Sample. The second, in-line, refines the predictor inside the optimization loops and uses it when the predicted error is small.

Pour répondre à l’augmentation de la consommation d’énergie, une solution est envisagée : augmenter la tension électrique dans les lignes. L’augmentation de la tension électrique induit entre autres une augmentation du champ électrique et une augmentation du critère de distance minimale au sol (distance entre les câbles et le sol), impliquant un rehaussement des conducteurs. Le pylône dimensionné pour une certaine tension électrique initiale verra sa taille augmentée pour satisfaire les nouvelles conditions d’exploitation. Une option envisageable, pour conserver les dimensions géométriques, est de modifier les isolateurs en suspension et de les remplacer par de nouveaux isolateurs en polymères renforcés de fibres de verre (PRF) afin d’observer la possibilité d’un rehaussement des conducteurs dans l’optique d’une future augmentation de puissance. Ces PRF représentent de par leur poids léger, leur faible conductivité et leur résistance élevée, un véritable atout. Le projet consiste à utiliser les études concernant le comportement des matériaux composites et à vérifier la pertinence de l’utilisation de ces matériaux pour des isolateurs. Par la suite, seront étudiés les comportements de divers types d’isolateurs, par une approche statique. Les nouvelles charges induites dans le pylône et les fondations seront comparées, et une attention particulière sera apportée aux modifications nécessaires du pylône. L’étude montre que certaines nouvelles configurations d’isolateurs permettent de rehausser le niveau des conducteurs d’une ligne existante, tout en permettant de bien équilibrer les charges longitudinales causées par des chargements dissymétriques et en permettant de limiter l’augmentation des efforts transmis à l’ensemble de la structure et aux fondations.

In order to produce economical seismic designs, the modern building codes allow reducing seismic design forces if the seismic force resisting system (SFRS) of a building is designed to develop an identified mechanism of inelastic lateral response. The capacity design aims to ensure that the inelastic mechanism develops as intended and no undesirable failure modes occur. Since the 1984 edition, this design approach is implemented in the Canadian Standards Association (CSA) standard A23.3 for seismic design of ductile reinforced concrete (RC) shear walls with the objectives of providing sufficient flexural and shear strength to confine the mechanism to the identified plastic hinges and ensure a flexure-governed inelastic lateral response of the walls. For a single regular wall, the implemented capacity design requirements assume a lateral deformation of the wall in its fundamental lateral mode of vibration, and hence aim to constrain the inelastic mechanism at the expected base plastic hinge. This design is referred to as single plastic-hinge (SPH) design. Despite these requirements, CSA standard A23.3 did not prescribe, prior to the 2004 edition, any methods for determining capacity design envelopes for flexural and shear strength design of ductile RC shear walls over their height. Only its Commentary recommended such methods. However, various studies suggested, mainly for cantilever walls, that the application of these methods could result in multistorey wall designs experiencing the formation of unintended plastic hinges at the upper storeys and a high potential of undesirable shear failure, principally at the wall base, jeopardizing the intended ductile flexural response of the wall. These design issues result from an underestimation of dynamic amplification due to lateral modes of vibration higher than the fundamental lateral mode. The 2004 CSA standard A23.3 now prescribes capacity design methods intending in part to address these design issues. Although these methods have not been assessed yet, their formulation appears deficient in accounting for the higher mode amplification effects. In this regard, this research project proposes for CSA standard A23.3 new capacity design methods, considering these effects, for a SPH design of regular ductile RC cantilever walls used as SFRS for multistorey buildings. In order to achieve this objective, first a seismic performance assessment of a realistic ductile shear wall system designed according to the 2004 CSA standard A23.3 is carried out to assess the prescribed capacity design methods. Secondly, an extensive parametric study based on sophisticated inelastic dynamic simulations is conducted to investigate the influence of various parameters on the higher mode amplification effects, and hence on the seismic force demand, in regular ductile RC cantilever walls designed with the 2004 CSA standard A23.3. Thirdly, a review of various capacity design methods proposed in the current literature and recommended by design codes for a SPH design is performed. From the outcomes of this review and the parametric study, new capacity design methods are proposed and a discussion on the limitations of these methods and on their applicability to various wall systems is presented.

Les systèmes d'énergie électrique embarqués ou semi autonomes connaissent des évolutions marquées. Parmi elles, on peut citer l'introduction massive d'électronique de puissance permettant d'améliorer significativement les performances via leur commande et l'interfaçage de sources de stockage. A contrario, de nombreux problèmes se posent lors du dimensionnement et du choix de l'architecture de commande du système : quelle stratégie de gestion énergétique doit-on mettre en œuvre au préalable pour optimiser les flux et le dimensionnement des sources ? Quelle commande permet d'intégrer à la fois des critères de performances dynamiques, de stabilité et de robustesse vis-à-vis des incertitudes paramétriques inhérentes à un processus de dimensionnement ? Enfin, quels outils et modèles doit-on mettre en œuvre pour garder un lien fort entre paramètres du système et critères de performances tout au long de ce processus ? Les travaux présentés dans ce mémoire proposent des premières réponses à ces questions, via l'utilisation de techniques de commande avancées comme la commande optimale ou la commande robuste. Des outils originaux de modélisation, basés sur les systèmes d'ordre non entier seront également présentés pour la modélisation de dispositifs diffusifs (machines électriques, générateurs électrochimiques) ou modélisés par des équations aux dérivées partielles.

La plupart des méthodes d'ordonnancement considèrent un environnement déterministe où les données du problème sont connues. Néanmoins, en réalité, plusieurs sortes d'aléas peuvent être rencontrées et l'ordonnancement robuste permet en tenir compte. Dans cette thèse, notre intuition initiale est que, d'une part, un ordonnancement non robuste deviendra rapidement inefficace avec les incertitudes qu'un ordonnancement robuste, et d'autre part, un ordonnancement robuste sera moins efficace qu'un ordonnancement non robuste en l'absence d'incertitudes. Dans ce cadre, nous avons proposé un algorithme génétique pour l'ordonnancement robuste. Un nouveau mécanisme de résolution et un nouveau critère de robustesse permettant de trouver une solution de bonne performance et peu sensible aux incertitudes ont été développés. Une phase expérimentale a été menée, d'une part, pour vérifier l'efficacité de l'algorithme génétique pour l'ordonnancement déterministe, sans tenir compte des incertitudes, et d'autre part, pour valider l'algorithme génétique pour l'ordonnancement robuste par la simulation afin de juger la qualité de la robustesse face aux incertitudes. Nous avons intégré cette approche de robustesse dans une démarche méthodologique générique intégrant des techniques d'optimisation et de simulation pour l'aide au dimensionnement des systèmes de production basé sur des ordonnancements robustes. Les différents modules de la démarche ont été développés sous forme d'un outil d'aide au dimensionnement, dans le cadre d'un cas applicatif réel, celui du bloc opératoire dans le secteur hospitalier.

Ces dernières années se distinguent par la prise de conscience collective de la dimension écologique à tous les niveaux ; dans l'industrie pour la conception et la gestion de la fin de vie des produits manufacturiers, dans le domaine du bâtiment, et au niveau des transports. Dans ce dernier cas, le pétrole n'est plus vu comme la source incontournable d'énergie, et des solutions de propulsion électrique ou multi-sources, dénommée " hybride ", voient le jour. Si la propulsion hybride commence à entrer dans les mentalités dans le domaine automobile, elle est encore peu présente dans le domaine de la navigation de plaisance. Avec trois sources d'énergie potentiellement disponibles, carburant, électrique et vent, et un environnement d'évolution peu contraignant, les navires représentent au premier abord un champ d'application intéressant pour ces nouvelles technologies. C'est ce que nous nous proposons d'analyser dans ce mémoire. Pour mener à bien cette étude, une démarche de dimensionnement a du être mise en place. Si différentes méthodologies ont déjà été proposées depuis le milieu des années 90 dans le domaine automobile, elles s'appuient pour la plupart sur une base limitée d'organes constitutifs de la chaîne de propulsion recherchée. Nos hypothèses de travail sont différentes. Nous proposons dans ce mémoire une méthodologie de dimensionnement itérative, basée sur une modélisation multiphysique juste nécessaire, au point de i) considérer autant que possible les flux énergétiques au sein de l'architecture de propulsion à dimensionner et ne plus dissocier flux et effort au niveau de chaque organe, ii) de proposer des modèles génériques adimensionnels associés à chaque famille d'organes. Nous appuyant sur le bond-graph et les notions de lignes de puissance et de modulation, nous procédons, et c'est original, à une optimisation couplée du dimensionnement et de la commande. La méthode proposée est appliquée à deux cas d'études : le problème de dimensionnement d'un voilier de moyenne puissance et celui d'une voiture hybride.

Dans un monde déterministe, toute donnée d'un problème d'optimisation est censée être connue avec certitude. Dans le monde réel, on est souvent confronté à des cas où certains paramètres sont incertains. La démarche consistant à considérer un seul jeu de paramètres, supposant que ceci représente suffisamment bien la réalité, est vite mise en cause. On considère travailler sur plusieurs périodes temporelles et sur un espace d'incertitude discrétisé, en introduisant ainsi les notions d'arbres de scénarios et des modèles multi-étapes. Les dimensions de ces problèmes augmentent de façon exponentielle avec le nombre de périodes d'étude, rendant les méthodes directes impossibles à appliquer. Le problème qui a motivé ce travail est issu d'une application industrielle réelle et concerne la souscription de contrats dans un marché gazier. Les prix du marché spot, ainsi que la demande clientèle sont considérés incertains, et représentés par un arbre de scénarios. Le modèle qui ressort possède une structure ressemblant à une grande famille de problèmes dynamiques de dimensionnement. A l'issue d'un travail bibliographique, mené particulièrement sur les méthodes de résolution des modèles multi-étapes, la décomposition imbriquée est la méthode qui est retenue. Sur les très grandes instances, même les méthodes de décomposition peuvent s'avérer longues à converger. Cette thèse est consacrée à de nouvelles mises en oeuvre de la décomposition imbriquée, le but étant de pouvoir traiter plus de scénarios en moins de temps. Certains aspects de la méthode sont remis en cause, nous permettant de réduire le nombre d'itérations jusqu'à ce que la convergence soit atteinte. D'autres aspects sont également étudiés dans l'objectif de réduire le temps de calcul passé sur chaque itération séparément. Les démarches proposées sont validées à travers plusieurs séries d'expériences qui mettent en valeur la supériorité de l'approche proposée par rapport à l'approche classique.

Cette thèse aborde la gestion des ressources humaines dans un centre d'appels. Plus spécifiquement, nous nous intéressons aux problèmes de dimensionnement et de planification. L'objectif sous-jacent est d'assurer la meilleure qualité de service au client (par exemple minimiser le délai d'attente) avec un coût salarial minimum pour l'entreprise. Ces problématiques sont généralement modélisées dans la littérature par le problème de construction de vacation (shift-scheduling problem). Pour appréhender ce problème, nous introduisons le paradigme de chaîne d'activités. Ce paradigme nous permet de représenter la grande diversité des environnements et des contraintes de gestion des ressources humaines dans un centre d'appels. Nous traduisons ensuite ce paradigme en programme linéaire en nombres entiers pour résoudre les problèmes de dimensionnement et de planification. Nous proposons enfin une méthode pour intégrer au programme linéaire en nombres entiers un objectif de qualité de service non linéaire.

L'objectif de cette étude est de s'intéresser au comportement d'un adhésif structural chargé de type époxydique, à l'état massique d'une part et au sein d'un assemblage réalisé entre deux substrats métalliques d'autre part. Ce comportement doit être déterminé à l'état initial mais aussi après vieillissement humide, afin de dimensionner une structure uniquement collée, un train arrière de voiture dont la traverse est en acier et les bras en aluminium.<br />Les différents essais mécaniques effectués à l'état initial sur adhésif massique d'une part (traction sur éprouvettes haltères, pendule de torsion, . . .) et sur assemblages collés d'autre part (torsion, essais mixtes de type Arcan) ont conduit à des disparités de résultats très importantes. Les charges de type minéral incorporées à la formulation industrielle de l'adhésif conduisent à des modules (d'Young, de cisaillement) qui sont fortement dépendants de l'épaisseur des joints. Ce phénomène n'est pas observé dans le cas de joints réalisés avec une formulation d'adhésif à laquelle les charges minérales n'ont pas été ajoutées. Les analyses microscopiques ont mis en évidence le rôle prépondérant joué par la microstructure. Les charges (de talc en particulier) sont constituées de feuillets dont les énergies de cohésion inter-feuillets sont très faibles. Après la réticulation à haute température, au cours du refroidissement, des contraintes vont se localiser autour de ces charges et conduire à un endommagement responsable de la chute des propriétés élastiques du joint. Des essais in situ au microscope électronique à balayage (traction ou cisaillement) ont aussi permis de comprendre le rôle de la microstructure et son comportement en cours d'essai. Les feuillets de talc s'exfolient et créent ainsi un réseau de microfissures au coeur du joint. La fissure finale qui conduit à la rupture du joint passe alors par un maximum de ces charges. La conséquence première est que la contrainte à rupture du joint est directement reliée à la fraction de charges. Mais l'ajout de ces charges minérales permet aussi de conserver un faciès de rupture cohésif quand des essais avec la formulation sans charges conduisent à une rupture de type adhésive.<br />La diffusion d'eau dans la matrice polymère se fait selon une cinétique non fickienne. L'eau est présente dans une première phase, liée aux sites polaires du polymère, et dans une seconde, sans interaction avec la matrice.<br />Cette diffusion, de type Langmuir, permet de décrire les courbes de gravimétrie enregistrées pour différentes températures et conditions d'humidité. Ces différentes atmosphères de vieillissement ont permis de relier simplement les différents paramètres du modèle de diffusion. Les propriétés mécaniques et physico-chimiques mesurées sur l'adhésif massique varient proportionnellement à la concentration d'eau présente dans l'adhésif. Ce modèle, transposé aux joints collés permet là aussi de parfaitement modéliser les évolutions des propriétés mécaniques en fonction du vieillissement. Cela suppose donc que les effets de la diffusion à l'interface métal / polymère ne sont pas différents de ceux au coeur du joint. <br />L'ensemble de ces résultats rassemblé au sein d'un modèle même numérique permet de connaître précisément l'état d'une structure après vieillissement et permet donc ainsi de dimensionner la structure industrielle souhaitée.