Développer, à partir de zéro, un drone imitant le vol battu de l'insecte est une tâche ambitieuse et ardue pour un designer en raison du manque de savoir-faire en la matière. Pour en accélérer le développement pendant les phases de design préliminaires, un outil modélisant les phénomènes aéroélastiques du vol de l'insecte est un véritable atout pour le designer et est le sujet de cette thèse. Le cœur de cet outil est un solveur éléments finis 'structure' couplé, en utilisant une approche par tranche, à un modèle aérodynamique quasi-statique du vol de l'insecte prenant en compte la flexibilité de l'aile, à la fois selon l'envergure et la corde, mais aussi ses grands déplacements. L'ensemble est conçu de manière à contenir le coût de calcul tout en étant assez modulaire pour s'adapter à un large panel d'applications. Afin de valider l'intégralité de cet outil, un processus en deux étapes a été entrepris avec d'abord une approche numérique et ensuite une validation expérimentale grâce à un banc de caractérisation dédié. Les résultats du modèle concordent de manière satisfaisante dans les deux cas, capturant l'amortissement dû aux forces aérodynamiques, et ouvrent ainsi la voie à son utilisation pour le design de drones à ailes battantes. Pour démontrer l'intérêt de cette approche lors des phases de design préliminaires, deux applications sur un nano-drone résonant sont réalisées: la définition d'une stratégie d'actionnement efficace et la recherche d'une géométrie d'aile potentiellement intéressante d'un point de vue aérodynamique, en couplant l'outil de modélisation à un algorithme génétique. Les résultats obtenus sont cohérents avec ceux trouvés dans la nature et sont en cours d'implémentation sur le drone. / Developing insect-like flapping-wing drones from scratch is an ambitious and arduous task for designers due to a lack of well-established know-how. To speed up the development of such vehicles through the preliminary design stage, a framework modeling the aeroelastic phenomena encountered in insect flight is an asset and is the subject of this thesis. Its kernel is a FEM based structural solver coupled in a blade-element approach to a quasi-steady aerodynamic model of insect flight accounting for the wing flexibility, both in the spanwise and in the chordwise direction, and for its large displacement. The complete framework is devised so as to maintain the computation load low while being modular enough for a wide range of applications. To validate the overall aeroelastic framework, a two-steps process has been undertaken with in one hand numerical studies and in the other hand experimental ones acquired on a dedicated test bench. The framework computation agrees satisfactorily, capturing the damping due to the aerodynamic force, and thus paves the way for preliminary design applications of a flapping-wing vehicle. To exhibit the capabilities of the framework as a preliminary design tool, two applications on a resonant nano air vehicle are performed: the definition of an efficient actuation strategy and the search of an aerodynamic potentially interesting wing geometry by plugging the framework to a genetic algorithm. The results are coherent with the ones found in nature and are under implementation on the nano air vehicle.

L'ingénierie des systèmes mécatroniques nécessite la conception simultanée et pluri-disciplinaire des différents sous-systèmes mécanique, électronique et informatique. Dans ce contexte, ces travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre d'un projet plus général portant sur la ``Conception Intégrée en Mécatronique Sûre de Fonctionnement''. Il s'agissait de développer des méthodes devant permettre et faciliter la collaboration entre personnes de spécialités différentes dans le but d'aboutir à un système sûr de fonctionnement sans fixer a priori de contraintes sur un élément du système en particulier. Dans la première partie, nous présentons donc un modèle de vieillissement du transistor MOSFET induit par le mécanisme des porteurs chauds. Nous détaillons ensuite l'étude du vieillissement de structures de bases de l'électronique analogique. Nous proposons une méthodologie de conception permettant de maximiser la durée de vie d'un circuit, donc des micro-capteurs, grâce à l'utilisation du modèle de vieillissement. Dans la deuxième partie, en prenant comme exemple un OTA Miller, nous montrons comment notre méthode permet de concevoir des structures complexes sûres de fonctionnement. Pour clore le manuscrit nous proposons une application originale de notre méthode de conception : un capteur de vieillissement de circuit intégré analogique CMOS.

Les logiciels d'optimisation constituent une aide au dimensionnement des dispositifs, susceptible d'améliorer la productivité des concepteurs dans l'industrie. Ces logiciels présentent néanmoins certaines limitations, découlant des méthodes d'optimisation utilisées ou liées à la modélisation du dispositif à dimensionner, desquelles il est possible de s'affranchir. Ainsi, l'adjonction à un tel logiciel de méthodes d'optimisation existantes, par ailleurs adaptées au contexte applicatif des composants magnétiques, permet au concepteur de considérer plusieurs objectifs simultanément ou d'intégrer les bases de données de fournisseurs. Une démarche de modélisation basée sur l'emploi de paramètres calculés à partir d'extrema de fonctions autorise quant à elle la prise en compte de manière unifiée des tolérances lors de l'optimisation ainsi que des gabarits, qui caractérisent les filtres électroniques par exemple. Un mode de calcul analytique des inductances de fuite des transformateurs est également proposé, afin d'améliorer la modélisation a priori de ce type de composant aux formats divers.

Ce travail de thèse propose une méthodologie et un environnement d'aide à la conception. L'objectif est le support du concepteur durant le processus de dimensionnement, en intégrant la complexité croissante des modèles utilisés. Nous nous appuyons pour cela sur le dimensionnement par une optimisation basée sur les composants logiciels. Nous proposons une nouvelle norme de composants permettant non seulement l'optimisation, mais intégrant aussi l'ensemble des services utiles au concepteur lors du dimensionnement, comme par exemple des services de gestion des algorithmes ou de post-processing. Concernant la résolution des modèles, nous étudions la résolution des systèmes différentiels linéaires de manière symbolique. Nous utilisons également la différentiation de code pour le calcul des dérivées des modèles de dimensionnement. Nous détaillons finalement différentes applications montrant les différentes possiblités de la méthodologie proposée.

Les équations mathématiques constituent un formalisme essentiel pour la science. Le dimensionnement doit pouvoir s'appuyer sur ce formalisme, et disposer d'une méthode performante. En se fondant sur une analyse de la place du dimensionnement au sein des entreprises, des outils existants et des méthodes de développement logiciel, cette thèse présente une méthodologie et une technologie à base de composants d'aide au dimensionnement automatisé en ingénierie. Quelques cas industriels de dimensionnement de dispositifs électromécaniques servent à illustrer la méthode utilisée ainsi que le traitement de modèles à l'aide d'équations différentielles et implicites. Les expériences menées au cours de ce travail conduisent à estimer que le dimensionnement, dans les services de conception, peut se faire à partir de modèles mathématiquement formalisés en utilisant cette méthodologie. La technologie développée semble mûre pour fournir l'aide adéquate.

Ce travail s'intéresse à la modélisation pour le dimensionnement de moteurs à reluctance variable. Dans une première partie, on donne notre approche du problème de dimensionnement, puis on définit les trois grands types de modèles que le concepteur en électrotechnique sera amené à rencontrer. Enfin, on présente différentes méthodes de conception de moteurs à reluctance variable qui ont été mises en œuvre. Dans une seconde partie, nous présentons une méthodologie permettant d'intégrer des modèles semi analytiques dans un processus d'optimisation de type gradient : les boites de calcul. Nous présentons celles que nous avons créées, puis un exemple de leur application au dimensionnement d'un moteur à reluctance variable de type classique. On s'intéresse dans la troisième partie à la modélisation en vue du dimensionnement d'un moteur à reluctance variable à motifs. Après une présentation de la structure d'un tel moteur, on en présente un modèle analytique, puis un modèle numérique, modulaires. Enfin, on s'appuie sur la complémentarité qui existe entre ces deux modèles pour proposer une méthode de dimensionnement.

Face au défi énergétique actuel, les systèmes hybrides à énergie renouvelable apparaissent comme une solution potentielle pour la production d'électricité. Cependant, de nombreux verrous, comme par exemple le coût, l'intermittence de l'énergie produite ou encore la fiabilité de ces systèmes, empêchent le recours massif à l'utilisation de telles solutions. Afin de les surmonter, des solutions doivent être apportées aux deux problématiques majeures de ces systèmes que sont le dimensionnement optimal et la gestion de l'énergie. Cette thèse propose donc des solutions pour chacune de ces deux thématiques. La première partie de ce mémoire définit ces deux problématiques. Puis, avant de proposer certaines voies d'améliorations, les solutions déjà apportées sont analysées en soulignant leurs intérêts mais aussi leurs limites. La seconde partie détaille la solution apportée pour le dimensionnement optimal, en s'appuyant sur un système composé d'un générateur photovoltaïque (PV), de batteries et d'une pile à combustible (PàC). La solution repose sur l'utilisation d'une fonction de coût, d'un modèle énergétique permettant d'évaluer les contraintes subies par les composants et d'un algorithme génétique pour l'optimisation. A partir de deux cas d'études, les résultats d'optimisation sont donnés et l'intérêt du couplage PV-PàC est analysé. Les deux dernières parties présentent l'application du principe des systèmes multi-agents (SMA) pour la gestion d'énergie d'un système multi-sources. Le chapitre 3 expose l'intérêt de cette méthode et détaille sa mise en oeuvre. Ensuite, la création d'un modèle de simulation du système permet de valider le principe imaginé. Enfin, le dernier chapitre présente les résultats expérimentaux obtenus à partir d'un système composé de super-condensateurs, d'une batterie, d'un PV et du réseau. Pour la première fois, ces résultats montrent expérimentalement le fonctionnement d'un SMA pour la gestion d'énergie.

De nombreux ouvrages géotechniques sont réalisés en associant à un sol des nappes polymères appelées géosynthétiques. Leur comportement mécanique est largement régi par les mécanismes d'interface sol-géosynthétique - avec d'importants déplacements relatifs - et caractérisé par une grande déformabilité. Les approches de type "milieu continu" posant dans ce cas des problèmes importants, on propose une modélisation par la méthode des éléments discrets (DEM), dans laquelle le sol est représenté par un assemblage de particules bidimensionnelles. Si la DEM permet bien de résoudre certains des problèmes rencontrés par les approches de type "milieu continu", elle pose aussi de nouvelles questions. Comment caler les paramètres micromécaniques du modèle (lois de contact entre particules) quand le comportement du sol est exclusivement caractérisé à l'échelle macroscopique ? Et comment modéliser un géosynthétique avec des éléments initialement destinés à l'étude des milieux granulaires ? Pour répondre à la première question, nous proposons ici une approche par "analogie macroscopique". Des essais biaxiaux de compression sont simulés pour calibrer le modèle, déduire des lois d'échelle, et déterminer des paramètres micromécaniques tels que le comportement macroscopique induit approche celui du sol réel. Faute de réponse satisfaisante à la deuxième question, nous développons un modèle spécifiquement destiné à simuler le comportement des géosynthétiques (modèle DSEM). Le couplage DEM-DSEM peut ensuite être appliqué à l'étude des ancrages géosynthétiques en tranchées, ouvrages pour lesquels des méthodes de dimensionnement fiables font défaut. On montre par comparaison avec des essais en vraie grandeur que les résultats des simulations sont satisfaisants tant sur le plan qualitatif que quantitatif. L'analyse des mécanismes de rupture simulés permet d'expliquer les déficiences des méthodes de dimensionnement actuelles et, finalement, de proposer des expressions analytiques mieux adaptées.

La superposition de topologies virtuelles à la topologie physique d'un réseau est un des principaux mécanismes de l'ingénierie de trafic. Soit un réseau physique d'une certaine topologie et capacité fixées et une matrice de trafic à véhiculer, il s'agit trouver une topologie logique permettant de mapper de manière optimale la matrice de trafic sur le réseau physique. Lors de l'évolution de la matrice de trafic sur des échelles de temps longues, il faudra agir sur le layout. La première contribution concerne la définition de fonctions de coût mieux adaptées à la réalité d'un opérateur, la deuxième contribution concerne la prise en compte du coût de changement du layout. Il s'avère intéressant d'un point de vue opérateur de réduire la complexité du layout, mesurée comme une fonction du nombre de chemins virtuels. Nous avons donc formulé divers problèmes de minimisation de la complexité du layout sous des contraintes de QoS. Il s'agit d'une modélisation réaliste mais qui engendre des modèles difficiles à résoudre. Nous avons développés des heuristiques qui permet de trouver des solutions approchées pour des réseaux de grande taille. Nous avons montré que la complexité des layouts peut être significativement réduite en comparaison avec celle obtenue suite à l'optimisation des fonctions de coût classiques. Le changement du layout implique d'une part un coût d'opération et d'autre part peut engendrer des coupures de service qui affecteront directement le coût d'opération. Nous avons formulé une famille de problèmes prenant en compte le coût de reconfiguration du layout. L'une des heuristiques citées a été adaptée pour analyser ces nouveaux problèmes.

Nos travaux de recherche sont dédiés µa la mise en oeuvre d'une maintenance<br />centralisée dans les systèmes manufacturiers. A partir de l'état de l'art sur le service<br />maintenance dans les différentes industries, notre problèmatique s'est portée sur la mise<br />en place d'un système de maintenance dans une entreprise possédant plusieurs unités<br />de production et dont la réparation des parties défaillantes des machines requiert des<br />ressources bien adaptées aux diverses machines complexes.<br />Dans le contexte d'une maintenance centralisée, une démarche de conception d'un atelier<br />de maintenance est proposée. A partir d'une étude fonctionnelle des machines de produc-<br />tion, la structure de l'atelier est établie et les ressources sont déterminées qualitativement.<br />Ensuite, nous proposons un dimensionnement de l'atelier de maintenance, passant par<br />l'évaluation des performances et en intégrant les coûts de maintenance. Enfin, pour que<br />l'atelier de maintenance soit efficace aussi bien sur le plan technique qu'économique de<br />l'entreprise, des stratégies de maintenance sont déterminées pour chaque machine.