Le bruit généré par l'impact du sillage de la soufflante avec les aubes du redresseur est une source prédominante des turboréacteurs en conditions d'approche, et la composante à large bande contribue fortement au niveau sonore global. Une méthode numérique basée sur un code CAA résolvant les équations d Euler est développée dans cette thèse afin d'estimer le bruit d'interaction entre un sillage turbulent et un aubage de géométrie quelconque. Le sillage amont est modélisé à l'aide d'une méthode stochastique supposant un spectre de turbulence homogène isotrope et une représentation spatiale simplifiée du champ de vitesse. Ces fluctuations de vitesse sont injectées dans le code CAA via des conditions aux limites adéquates. La méthode ainsi mise en place est validée dans un premier temps sur des cas d'interaction avec une plaque plane en comparant les résultats numériques aux solutions du modèle d'Amiet. Un chaınage avec une méthode intégrale est aussi réalisé pour estimer le rayonnement acoustique. La méthode numérique est ensuite mise en œuvre pour simuler la réponse acoustique d'un profil isolé avec un bord d'attaque ondulé conçu et testé dans la soufflerie de l'ISVR dans le cadre du projet européen FLOCON. Enfin, la méthodologie est étendue à des configurations de grilles d'aubes annulaires en conduit. Après une étape de validation sur des cas monofréquentiels issus d'un benchmark CAA, des simulations large bande sont réalisées, tout d'abord sur une configuration de grille d'aubes sans incidence (écoulement axial uniforme) testée en soufflerie au LMFA, puis sur une configuration plus complexe de grille d'aubes non chargée en écoulement tournant proposée par Atassi / Noise generation due to the rotor wakes impinging the stator vanes is a dominant turbofan source at approach conditions, and the broadband noise component is significantly contributing to the overall level. A numerical method based on a CAA code solving the Euler equations is developped in this thesis in order to simulate the interaction noise between a turbulent wake and a vane row without geometry restrictions. The upstream turbulent flow is synthesized using a stochastic approach by considering an homogeneous isotropic turbulence spectrum model and a simplified spatial representation of the velocity field. These velocity gusts are injected in the CAA code by implementing a suited boundary condition. The present methodology is first va- lidated against turbulence-flat plate interaction cases, by comparing the numerical predictions to Amiet model solutions. A chaining with an integral formulation is also performed to assess the acoustic far-field. Then, the method is used to estimate the acoustic response of an isolated airfoil with a wavy leading egde, designed and tested in ISVR wind tunnel in the framework of European FLOCON project. Finally, the computations are extended to ducted annular grid configurations. After a validation step on single-frequency cases described in a CAA benchmark, broadband noise simulations are performed, firstly on a flat-plate annular grid in a uniform axial flow tested in the LMFA wind tunnel, and then on a more complex configuration related to an unloaded grid in a swirling mean flow proposed by Atassi

Au sein d'un échangeur à air, les trompes à air permettent de créer l'écoulement d'air froid nécessaireà son bon fonctionnement. Ces dispositifs, qui peuvent ^etre assimilés à des jets subsoniques confinésen conduit, peuvent contribuer au bruit rayonné par les avions lors des phases au sol. Nous proposonsdans cette thèse de développer un outil numérique prédictif de l'acoustique rayonnée par ces dispositifsafin de pouvoir proposer des solutions de réduction de bruit appropriées. Cet outil est adapté au contexteindustriel de Liebherr Aerospace. Une méthode stochastique permet, à partir d'un calcul stationnaireRANS, de générer un champ de vitesse turbulente qui autorise la formation d'un terme de forçage dansles équations d'Euler linéarisées qui sont alors utilisées comme un opérateur de propagation. Un nouveaumodèle stochastique basé sur l'hypothèse de sweeping est développé. Ce dernier permet de produiredes champs instationnaires respectant certaines propriétés aérodynamiques statistiques dans le cadre dejets libres subsoniques. Cette méthode est couplée avec le solveur Euler de l'Onera sAbrinA_v0 et l'outilrésultant est appliqué sur le cas d'un jet libre subsonique à M=0.72. Moyennant une calibration duterme source, la méthodologie permet de reproduire les spectres acoustiques en champ lointain, exceptépour les angles faibles. L'outil numérique est ensuite couplé avec un solveur FW-H pour étudier le casconcret de la trompe à air. Les résultats aérodynamiques et acoustiques sont validés par comparaison àune base de données aérodynamique et acoustique constituée au préalable à partir d'une campagne d'essaiscomprenant des mesures par anémométrie laser Doppler à l'intérieur du conduit et des microphonesacoustiques en champ lointain.

Au sein d’un échangeur à air, les trompes à air permettent de créer l’écoulement d’air froid nécessaireà son bon fonctionnement. Ces dispositifs, qui peuvent ^etre assimilés à des jets subsoniques confinésen conduit, peuvent contribuer au bruit rayonné par les avions lors des phases au sol. Nous proposonsdans cette thèse de développer un outil numérique prédictif de l’acoustique rayonnée par ces dispositifsafin de pouvoir proposer des solutions de réduction de bruit appropriées. Cet outil est adapté au contexteindustriel de Liebherr Aerospace. Une méthode stochastique permet, à partir d’un calcul stationnaireRANS, de générer un champ de vitesse turbulente qui autorise la formation d’un terme de forçage dansles équations d’Euler linéarisées qui sont alors utilisées comme un opérateur de propagation. Un nouveaumodèle stochastique basé sur l’hypothèse de sweeping est développé. Ce dernier permet de produiredes champs instationnaires respectant certaines propriétés aérodynamiques statistiques dans le cadre dejets libres subsoniques. Cette méthode est couplée avec le solveur Euler de l’Onera sAbrinA_v0 et l’outilrésultant est appliqué sur le cas d’un jet libre subsonique à M=0.72. Moyennant une calibration duterme source, la méthodologie permet de reproduire les spectres acoustiques en champ lointain, exceptépour les angles faibles. L’outil numérique est ensuite couplé avec un solveur FW-H pour étudier le casconcret de la trompe à air. Les résultats aérodynamiques et acoustiques sont validés par comparaison àune base de données aérodynamique et acoustique constituée au préalable à partir d’une campagne d’essaiscomprenant des mesures par anémométrie laser Doppler à l’intérieur du conduit et des microphonesacoustiques en champ lointain. / In air exchangers, the cool air flow can be produced by jet pumps. These devices, which can be consideredas subsonic jets confined in ducts, could contribute directly to ramp noise. A predictive numerical toolof the acoustic radiated by jet pumps is therefore developped in order to be able to propose appropriatenoise reduction solutions. This tool is adapted to Liebherr Aerospace’s industrial context. A stochasticmethod allows, starting from a steady RANS computation, to synthetise a turbulent velocity fields andto enforce source terms in the linearized Euler equations therefore used as a wave propagator. A newstochastic model relying on the sweeping hypothesis is developped. Unsteady fields reproducing someaerodynamics features of a free subsonic jet flow can be generated. This method is then coupled withOnera’s Euler solver sAbrinA_v0 and the resulting tool is applied on a free subsonic jet configuration atMach 0.72. Assuming a cabration of the source terms, this methodology models properly the far fieldacoustic spectra except for small angles. The numerical tool is then coupled with a FW-H solver to studya realistic jet pump. Aerodynamic and acoustic results are validated by comparison with a data baseobtained from an experimental campaign including laser Doppler anemometry measures inside the ductand pressure recording in the far-field.

Dans cette thèse, nous étudions les effets cohérents associés à la propagation d’ondes dans les milieux diffusants, en particulier les ondes électromagnétiques.En milieux faiblement désordonnés, l'intensité lumineuse fluctue spatialement sur de grandes distances. Ce phénomène est le résultat d'effets cohérents mésoscopiques complexes, qui se produisent à une échelle microscopique. Nous montrons que ces fluctuations mésoscopiques cohérentes de la lumière induisent des forces de rayonnement d'un nouveau genre. L'amplitude de ces forces fluctuantes est déterminée par un paramètre unique et facilement réglable, la conductance adimensionnée, qui dépend à la fois de la géométrie et des propriétés de diffusion du milieu. Notre découverte devrait donc avoir des applications intéressantes, telles que de nouveaux capteurs pour la matière molle ou la biophysique.Du point de vue méthodologique, nous utilisons une approche à la Langevin pour décrire les fluctuations lumineuses cohérentes, où un bruit précisément calculé rend compte des effets cohérents mésoscopiques. Nous montrons comment inclure systématiquement les corrections cohérentes dans le terme de bruit, afin de reproduire les fluctuations d'intensité. Cette description permet de comprendre les fluctuations cohérentes comme résultant d’un flux lumineux hors équilibre, caractérisé par deux paramètres seulement, le coefficient de diffusion et la mobilité, qui sont par ailleurs liés par une relation d’Einstein. Un avantage évident de cette méthode est sa dépendance à deux paramètres seulement, ce qui fournit une description à la fois compacte et précise des riches effets cohérents sous-jacents. De plus, la correspondance que nous présentons entre la lumière cohérente et l'hydrodynamique hors d'équilibre est facilement généralisable à une large classe de problèmes d'ondes quantiques ou classiques.Pour les perspectives futures, cette connexion entre les effets cohérents mésoscopiques et les processus stochastiques hors équilibre devraient intéresser les communautés de la mésoscopie et de la mécanique statistique. Pour les premiers, le lien avec l'hydrodynamique hors équilibre fournit un nouvel éclairage sur la physique mésoscopique, ainsi que des outils utiles pour étudier les quantités jusqu'ici difficiles d'accès, telles que les fonctions de corrélation d'intensité d'ordres supérieurs. Pour les seconds, ces travaux devraient motiver une étude plus approfondie des processus indépendants du temps inspirés de la mésoscopie. / In this work, we study coherent effects associated to wave propagation in scattering media, in particular electromagnetic waves.In weakly disordered media, light intensity fluctuates spatially over large distances. This phenomenon is the result of complex mesoscopic coherent effects, which occur at a microscopic scale. We show that these mesoscopic coherent fluctuations of light induce radiation forces of a new kind. The strength of these fluctuating forces is determined by a single and easily tunable parameter, the dimensionless conductance, which depends on both the geometry and the scattering properties of the medium. Our findings should therefore have interesting applications such as new sensors in soft condensed matter or biophysics.On the methodological viewpoint, we use a hydrodynamic Langevin approach to describe the coherent light fluctuations, where a properly tailored noise accounts for mesoscopic coherent effects. We show how to systematically include the coherent corrections in the noise term, in order to reproduce the intensity fluctuations. This description allows to understand coherent light fluctuations as resulting from a non equilibrium light flow, characterized by two parameters only, the diffusion coefficient and the mobility, otherwise related by an Einstein relation. A clear asset of this method is its dependence upon two parameters only, which provides a compact yet accurate description of the rich underlying coherent effects. Moreover, the mapping we present between coherent light and out of equilibrium hydrodynamics is easily generalizable to a large class of quantum or classical wave problems.For future perspectives, this connection between coherent effects in mesoscopics and non equilibrium stochastic processes should be of interest in both the mesoscopics and statistical mechanics communities. For the former, the mapping to non equilibrium hydrodynamics provides a new insight to mesoscopic physics as well as useful tools to study quantities so far difficult to access, such as higher orders intensity correlation functions. For the latter, this work should motivate further study of time independent processes inspired from mesoscopics.

Afin de parvenir à l'autonomie des robots mobiles, la localisation efficace est une condition préalable nécessaire. Le suivi de position, la localisation globale et le problème du robot kidnappé sont les trois sous-problèmes que nous étudions. Dans cette thèse, nous comparons en simulation trois algorithmes de localisation Markovienne. Nous proposons ensuite une amélioration de l'algorithme de localisation de Monte Carlo par filtre particulaire. Cet algorithme (nommé SAMCL) utilise des particules autoadaptatives. En employant une technique de pré-mise en cache pour réduire le temps de calcul en ligne, l'algorithme SAMCL est plus efficace que la méthode de Monte Carlo usuelle. En outre, nous définissons la notion de région d'énergie similaire (SER), qui est un ensemble de poses (cellules de la grille) dont l'énergie-capteur est similaire avec celle du robot dans l'espace réel. En distribuant les échantillons globaux dans SER lieu de les distribuer au hasard dans la carte, SAMCL obtient une meilleure performance dans la localisation et résout ces trois sous-problèmes. La localisation coopérative de plusieurs robots est également étudiée. Nous avons développé un algorithme (nommé PM) pour intégrer l'information de localisation échangée par les robots lors d'une rencontre au cours d'une mission commune. Cet algorithme apparaît comme une extension à l'algorithme de SAMCL et a été validé en simulation. La validité et l'efficacité de notre approche sont démontrées par des expériences sur un robot réel évoluant dans un environnement connu et préalablement cartographié.

Ces travaux s'articulent autour de la détection et de la prévision des phénomènes turbulents dans la couche limite atmosphérique. Nous proposons tout d'abord une méthode stochastique innovante de reconstruction locale de l'atmosphère. Nous utilisons des systèmes de particules pour modéliser l'écoulement atmosphérique et sa variabilité interne. L'apprentissage des paramètres turbulents et la mise à jour des particules se font à l'aide d'observations mesurées par un lidar Doppler 3D. Nous présentons ensuite une nouvelle méthode de descente d'échelle stochastique pour la prévision de la turbulence sous-maille. A partir du modèle en points de grille Meso-NH, nous forçons un système de particules qui évolue à l'intérieur des mailles. Notre méthode de descente d'échelle permet de modéliser des champs sous-maille cohérents avec le modèle en points de grille. Dans un troisième et dernier temps nous introduisons les problèmes de remontée d'échelle. La reconstruction de l'atmosphère modélise la turbulence dans un volume restreint qui couvre au plus quelques mailles des modèles météorologiques en points de grille. L'objectif de la remontée d'échelle est de construire une méthode d'assimilation de l'atmosphère reconstruite. En utilisant l'algorithme de nudging direct et rétrograde, nous explorons les problèmes liés à la taille du domaine observé. Nous proposons finalement un algorithme de nudging avec apprentissage de paramètre, illustré sur un cas simple. / Our work aims to improve the turbulent phenomena detection and forecast in the atmospheric boundary layer. First, we suggest a new stochastic method to reconstruct locally the turbulent atmosphere. Particle systems are used to model the atmospheric flow and its internal variability. To update particles and lean the turbulent parameters 3D Doppler lidar measurements are used. Then, a new stochastic downscaling technic for sub-grid turbulence forecast is presented. From the grid point model Meso-NH, a sub-grid particle system is forced. Here, the particles evolve freely in the simulated domain. Our downscaling method allows to model sub-grid fields coherent with the grid point model. Next, we introduce the upscaling issue. The atmosphere reconstruction covers at best few cells of meteorological grid point models. The issue is to assimilate the reconstructed atmosphere in such models. Using the back and forth nudging algorithm, we explore the problems induced by the size of the observed domain. Finally we suggest a new way to use the back and forth nudging algorithm for parameter identification.

L'objectif de cette recherche est de construire un modèle réduit de petite dimension pour prévoir les réponses dynamiques dans une bande BF sur les parties rigides d'un véhicule automobile complet. Un tel modèle réduit "léger" est une aide à la phase de conception en "Avant Projet" de ces véhicules qui ont la particularité de présenter de nombreux modes élastiques locaux en BF dues à la présence de nombreuses parties flexibles et d'équipements. Pour la construction du modèle réduit, nous avons introduit une base non usuelle de l'espace admissible des déplacements globaux. La construction de cette base requiert la décomposition en sous-domaines du domaine de la structure qui peut présenter une très grande complexité géométrique et dont les modèles EF font intervenir de très nombreux types d'éléments finis. Cette décomposition en sous-domaines a été réalisée par la Fast Marching Method que nous avons due étendre pour pouvoir traiter la complexité des modèles EF des véhicules automobiles. Puis les équations matricielles du modèle EF sont projetées sur cette base. Afin de prendre en compte les incertitudes sur les paramètres du modèle, les incertitudes de modèle induites par les erreurs de modélisation et enfin les incertitudes liées à la non prise en compte des contributions locales dans le modèle réduit des déplacements globaux, un unique modèle probabiliste non paramétrique de ces trois sources d'incertitude a été implémenté sur le modèle réduit construit avec les vecteurs propres globaux. Les paramètres de dispersion de ce modèle probabiliste ont été identifiés en utilisant le principe du maximum de vraisemblance et des réponses obtenues à l'aide d'un modèle stochastique de référence qui inclut des informations expérimentales résultant de travaux précédents. Le modèle réduit stochastique, pour la prévision des déplacements globaux sur les parties rigides dans la bande BF qui a été développé, a été validé sur un modèle de structure automobile "nue" puis a été appliqué avec succès sur un modèle complet de véhicule automobile / The objective of this research is to construct a reduced-order model to predict the dynamical response, in the LF band, of the stiff parts of a complete automotive vehicle in order to facilitate the draft design. The vehicles under consideration have many elastic modes in LF due to the presence of many flexible parts and equipments. To build such a model, we introduced a non-usual basis of the admissible space of global displacements. The construction of this basis requires the decomposition of the domain of the structure. This subdomain decomposition is performed by using the Fast Marching Method that we have extended to take into account the high complexity of the mesh of an automotive vehicle. Then the matrix equations of the FE model are projected on this basis. To take into account the system parameters uncertainties, the model uncertainties induced by the modeling errors and finally, the uncertainties related to the neglecting of local contributions in the reduced-order model, a nonparametric probabilistic model of the three sources of uncertainties has been implemented on the reduced-order model constructed with the global displacements eigenvectors. The dispersion parameters of the probabilistic model are identified using the maximum likelihood method and the responses obtained from a stochastic reference model which includes experimental data resulting from previous works. This stochastic model which has been designed for the prediction of the global displacements of the rigid parts in the LF band is validated on a simple structure of an automotive model and has been successfully applied on a complete model of automotive vehicle

Afin de parvenir à l'autonomie des robots mobiles, la localisation efficace est une condition préalable nécessaire. Le suivi de position, la localisation globale et le problème du robot kidnappé sont les trois sous-problèmes que nous étudions. Dans cette thèse, nous comparons en simulation trois algorithmes de localisation Markovienne. Nous proposons ensuite une amélioration de l'algorithme de localisation de Monte Carlo par filtre particulaire. Cet algorithme (nommé SAMCL) utilise des particules auto-adaptatives. En employant une technique de pré-mise en cache pour réduire le temps de calcul en ligne, l'algorithme SAMCL est plus efficace que la méthode de Monte Carlo usuelle. En outre, nous définissons la notion de région d'énergie similaire (SER), qui est un ensemble de poses (cellules de la grille) dont l'énergie-capteur est similaire avec celle du robot dans l'espace réel. En distribuant les échantillons globaux dans SER lieu de les distribuer au hasard dans la carte, SAMCL obtient une meilleure performance dans la localisation et résout ces trois sous-problèmes. La localisation coopérative de plusieurs robots est également étudiée. Nous avons développé un algorithme (nommé PM) pour intégrer l'information de localisation échangée par les robots lors d'une rencontre au cours d'une mission commune. Cet algorithme apparaît comme une extension à l'algorithme de SAMCL et a été validé en simulation. La validité et l'efficacité de notre approche sont démontrées par des expériences sur un robot réel évoluant dans un environnement connu et préalablement cartographié. / In order to achieve the autonomy of mobile robots, effective localization is a necessary prerequisite. In this thesis, we study and compare three regular Markov localization algorithms by simulations. Then we propose an improved Monte Carlo localization algorithm using self-adaptive samples, abbreviated as SAMCL. By employing a pre-caching technique to reduce the on-line computational burden, SAMCL is more efficient than regular MCL. Further, we define the concept of similar energy region (SER), which is a set of poses (grid cells) having similar energy with the robot in the robot space. By distributing global samples in SER instead of distributing randomly in the map, SAMCL obtains a better performance in localization. Position tracking, global localization and the kidnapped robot problem are the three sub-problems of the localization problem. Most localization approaches focus on solving one of these sub-problems. However, SAMCL solves all the three sub-problems together thanks to self-adaptive samples that can automatically separate themselves into a global sample set and a local sample set according to needs. Cooperative localization among multiple robots is carried out by exchanging localization information derived from cooperation. We devise the Position Mapping (PM) algorithm to integrate this information, which can merge into the SAMCL algorithm as an extension. The validity and the efficiency of our algorithms are demonstrated by experiments carried out with a real robot in a structured and known environment.

L'objectif de cette recherche est de construire un modèle réduit de petite dimension pour prévoir les réponses dynamiques dans une bande BF sur les parties rigides d'un véhicule automobile complet. Un tel modèle réduit "léger" est une aide à la phase de conception en "Avant Projet" de ces véhicules qui ont la particularité de présenter de nombreux modes élastiques locaux en BF dues à la présence de nombreuses parties flexibles et d'équipements. Pour la construction du modèle réduit, nous avons introduit une base non usuelle de l'espace admissible des déplacements globaux. La construction de cette base requiert la décomposition en sous-domaines du domaine de la structure qui peut présenter une très grande complexité géométrique et dont les modèles EF font intervenir de très nombreux types d'éléments finis. Cette décomposition en sous-domaines a été réalisée par la Fast Marching Method que nous avons due étendre pour pouvoir traiter la complexité des modèles EF des véhicules automobiles. Puis les équations matricielles du modèle EF sont projetées sur cette base. Afin de prendre en compte les incertitudes sur les paramètres du modèle, les incertitudes de modèle induites par les erreurs de modélisation et enfin les incertitudes liées à la non prise en compte des contributions locales dans le modèle réduit des déplacements globaux, un unique modèle probabiliste non paramétrique de ces trois sources d'incertitude a été implémenté sur le modèle réduit construit avec les vecteurs propres globaux. Les paramètres de dispersion de ce modèle probabiliste ont été identifiés en utilisant le principe du maximum de vraisemblance et des réponses obtenues à l'aide d'un modèle stochastique de référence qui inclut des informations expérimentales résultant de travaux précédents. Le modèle réduit stochastique, pour la prévision des déplacements globaux sur les parties rigides dans la bande BF qui a été développé, a été validé sur un modèle de structure automobile "nue" puis a été appliqué avec succès sur un modèle complet de véhicule automobile

Cette thèse explore des pistes d'amélioration du système de trafic aérien dans l'espace océanique de l'Atlantique Nord (NAT). D'abord, on considère le système actuel, où les avions suivent les rails prédefinis. On favorise les re-routages entre rails, diminuant la congestion dans l'espace continental. On applique des méthodes stochastiques d'optimisation pour trouver une configuration de vols sans conflits avec la séparation reduite entre aéronefs. Ensuite, on simule la planification des trajectoires avec le Wind Networking (WN). La source prinicipale des erreurs dans la prédiction de trajectoires étant l'incertitude dans la prévision du vent, le WN permet aux avions d'échanger leurs vents mesurés afin d'ajuster leurs prédictions. Enfin, on introduit le concept de free-flight dans NAT. Etant donné des trajectoires vent-optimales, on applique une méthode stochastique d'optimisation pour réduire le nombre de conflits au niveau stratégique, tout en conservant les trajectoires proches de leur optimum. Nos résultats numériques mettent en évidence plusieurs pistes pour améliorer le système de trafic aérien dans NAT, en considérant de nouvelles technologies et de nouveaux concepts. / This thesis investigates the ways to improve the air traffic system in the highly congested North Atlantic oceanic airspace (NAT). First, we consider the current system, where aircraft follow predefined NAT tracks. We favor the re-routings between tracks, decreasing congestion in pre-oceanic airspace, and apply stochastic methods of optimization to find a conflict-free flight configuration with reduced separation between aircraft. Second, we simulate trajectory prediction by Wind Networking (WN). While the main source of time prediction errors is the uncertainty in wind forecast, WN permits aircraft to exchange measured winds and adjust their predictions using this recent and accurate information. Third, we study the impact of introducing the free flight concept in NAT. We apply a stochastic method of optimization on data provided by NASA consisting of NAT flights with wind optimal trajectories. The aim is to reduce the number of conflicts on the strategic level, while keeping the trajectories close to the optimal routes. Our computational experiments show that the air traffic situation in NAT can be improved in several different ways, considering new technologies and new trajectory planning concepts.