The 2010's have seen many changes happening in the launcher world: private players have emerged increasing competition for the traditional launch operators and the development of reusable launcher allowing a decrease in launch cost. The satellite market has also evolved with the appearance of nano-satellites and the development of satellite constellations. ArianeWorks is a joint initiative between CNES and ArianeGroup aiming at accelerating European innovation in the launcher field. Within this framework, Themis, a reusable first stage demonstrator, is currently built and tested. This thesis presents the evaluation of a mini-launcher that would use a derivative of Themis as a first stage. To do so, a set of software tools has been developed and evaluated. These tools make it possible to evaluate various launcher architectures, and to carry out system loops in order to refine the design choices and associated performances. The first results of design and performance from the tools are also presented. / Under 2010-talet har många förändringar skett i bärraketvärlden: privata aktörer har dykt upp och ökad konkurrensen för de traditionella operatörerna. Utvecklingen av återanvändbara bärraketer möjliggör en minskning av uppskjutningskostnaden. Satellitmarknaden har också utvecklats med uppkomsten av nanosatelliter och utvecklingen av satellitkonstellationer. ArianeWorks är ett gemensamt initiativ mellan CNES och ArianeGroup som syftar till att påskynda europeisk innovation inom bärraketområdet. Inom detta ramverk byggs och testas för närvarande Themis, en återanvändbar demonstrator för ett första raketsteg. Den här uppsatsen presenterar utvärderingen av en ministartare som använder en del av Themis. Inom detta arbetet har en uppsättning mjukvaruverktyg utvecklats och utvärderats. Dessa verktyg gör det möjligt att utvärdera olika bärraketutformningar och utföra systemloopar för att förfina utformningsval och tillhörande prestanda. De första resultaten av utformningen och prestandan presenteras.

Cette thèse aborde l’histoire des activités spatiales françaises en parcourant leur évolution depuis les premières recherches scientifiques dans la haute atmosphère entreprises après la fin de la deuxième guerre mondiale jusqu’à la création de l’Agence spatiale européenne (ESA), au milieu des années 1970. Née dans la guerre froide, la politique spatiale française constitue sous la présidence du général de Gaulle, un des éléments de la politique d’indépendance nationale puis, sous l’ère du Président Pompidou, elle accentue son caractère industriel ouvert à la coopération avant de devenir européenne au début du septennat du Président Giscard d’Estaing. Centrée sur le Centre national d’études spatiales (CNES) l’étude souligne le rôle de l’État dans un secteur de hautes technologies où la politique est soumise à l’interaction entre des facteurs nationaux et internationaux comportant des enjeux géopolitiques et géostratégiques. Privilégiant les aspects institutionnels, elle analyse le processus d’élaboration de la politique mise en œuvre à partir des années 1960. D’abord, perçue comme élément de prestige au service du rayonnement de la France dans le monde, la politique spatiale interagit avec l’évolution du système technique pour répondre aux enjeux économiques et industriels que comportent les applications spatiales. L’étude met en évidence l’impérieuse nécessité d’un dialogue permanent entre les acteurs, techniciens et politiques, dont l’interdépendance participe à la formation du processus décisionnel. / The subject of this thesis is the history of space activities in France, evolving from the first scientific atmospheric research programmes undertaken after the Second World War up to the creation of the European Space Agency (ESA) in the 1970s.A by-product of the Cold War, the French Space Policy was one of the pillars of national independence under the presidency of General De Gaulle. Under President Pompidou, it becomes more industrial and opens up to cooperation, only to become European in the beginning of President Giscard d’Estaing 7-year mandate.Focused on the French space agency (Centre national d’etudes spatiales (CNES)), this study emphasizes the role of the state in the high technology sector where policy is submitted to the interaction of national and international factors, taking into account geopolitical and geostrategic stakes. Highlighting the institutional aspects, the study analyses the elaborative process of the policy implemented in the 1960s. First of all perceived as a way of putting France in the spotlight at global level, space policy evolves with technology to face the economic and industrial challenges of space applications. The study highlights the vital necessity of a permanent dialogue between technological and political actors,

Cette thèse est dediée à l'alanyse numérique de méthodes numériques dans le domaine du contrôle optimal, et est composée de deux parties. La première partie est consacrée à des nouveaux résultats concernant des méthodes numériques pour le contrôle optimal de systèmes hybrides, qui peuvent être contrôlés simultanément par des fonctions mesurables et des sauts discontinus dans la variable d'état. La deuxième partie est dédiée è l'étude d'une application spécifique surl'optimisation de trajectoires pour des lanceurs spatiaux avec contraintes en probabilité. Ici, on utilise des méthodes d'optimisation nonlineaires couplées avec des techniques de statistique non parametrique. Le problème traité dans cette partie appartient à la famille des problèmes d'optimisation stochastique et il comporte la minimisation d'une fonction de coût en présence d'une contrainte qui doit être satisfaite dans les limites d'un seuil de probabilité souhaité. / This thesis is devoted to the analysis of numerical methods in the field of optimal control, and it is composed of two parts. The first part is dedicated to new results on the subject of numerical methods for the optimal control of hybrid systems, controlled by measurable functions and discontinuous jumps in the state variable simultaneously. The second part focuses on a particular application of trajectory optimization problems for space launchers. Here we use some nonlinear optimization methods combined with non-parametric statistics techniques. This kind of problems belongs to the family of stochastic optimization problems and it features the minimization of a cost function in the presence of a constraint which needs to be satisfied within a desired probability threshold.

Les composites de type Cf/C sont utilisés en tant que pièces structurales dans les propulseurs spatiaux du fait de leurs excellentes propriétés mécaniques dans le domaine des très hautes températures. Néanmoins, l’atmosphère oxydante et corrosive créée lors du décollage des lanceurs et les hauts flux gazeux dégradent ces matériaux. Afin d’améliorer les performances de ces matériaux vis-à-vis de l’oxydation/corrosion, une protection composée de céramiques ultra-réfractaires (dites UHTC) peut être appliquée. Pour une efficacité de protection optimale, des phases UHTC ont été introduites en tant que constituants de la matrice. Dans ces travaux de thèse, la matrice a été réalisée par l’intermédiaire d’un procédé d’élaboration en phase liquide combinant : (i) l’introduction de poudres et (ii) la densification par infiltration réactive d’un métal fondu. La composition de la matrice appartient au système (B;C;Si;Zr). La caractérisation des matériaux après élaboration a permis de comprendre les mécanismes d’infiltration et les réactions permettant de mieux contrôler la composition chimique et la répartition des phases. Des essais sous torche oxyacétylénique ont été utilisés pour se placer dans des conditions proches de l’application visée. La caractérisation post-test des matériaux a permis d’évaluer l’efficacité de la protection dans le cas d’une utilisation unique et également d’une possible réutilisation. Les résultats en oxydation/corrosion ont permis de classer les matériaux en fonction de leur efficacité de protection. / Since many decades, Carbon/Carbon composites are used as structural parts in rocket engines due to their excellent thermomechanical properties. However, under highly oxidizing/corrosive atmosphere and high gas flow rates, carbon suffers from severe oxidation. To improve oxidation resistance of these composites, Ultra High Temperature Ceramics (UHTC) can be used as a protection. To protect the whole composite, the introduction of UHTC as a matrix has been done using a liquid phase process combining: (i) slurry infiltration process and (ii) reactive melt infiltration. Matrix constituents belong to the (B;C;Si;Zr) system. Material characterisation allowed a better understanding of the infiltration mechanisms and of the phase distribution and composition in respect to the processing conditions. To select the best composition, oxyacetylene torch testing has been done to recreate spacecraft launch environmental conditions. Post-test characterisation has been done to evaluate protection efficiency of each matrix composition for single use and possible reuse. Finally, advantages and drawbacks assessment of each composition allowed to highlight the most protective composition and phase distribution.