L'utilisation de machines à mesure tridimensionnelle s'est généralisée dans les grosses entreprises et chez les sous traitants. Mais la mise en place des normes ISO 9000 et les calculs de capabilité qui découlent de ces normes impliquent une connaissance approfondie des incertitudes de mesures. Dans le domaine de la machine à mesurer, l'incertitude globale et les normes utilisées sont indiquées. Actuellement, les incertitudes de mesure de ces différentes machines sont exprimées sous la forme : ± A+ bL ou A est une incertitude représentative de la fidélité et bL est une incertitude de position en fonction de la longueur. La géométrie et l'environnement de ces machines étant actuellement pris en compte par les logiciels, il reste un grand nombre de paramètres méconnus (relatif au capteur) : longueur, diamètre, vitesse ainsi que le type et nombre de points de l'élément mesuré. Nous proposons de donner une méthode d'obtention rapide de l'incertitude de mesure et de l'indice de capabilité suivant les critères choisis par l'opérateur et d'obtenir rapidement un indice de capabilité plus proche de la réalité. Après un historique sur les mesures et de l'importance de la métrologie dans la mise en place des ISO 9000, le troisième chapitre est une présentation du matériel utilisé. Dans le quatrième, le plus important, on trouvera les méthodes statistiques utilisées et l'analyse des différents paramètres étudiés. Grâce à une analyse systématique des résultats, nous validerons les différents paramètres étudiés et de proposer le tableau récapitulatif permettant d'obtenir instantanément l'indice de capabilité. Dans les chapitres suivants des exemples et une proposition de modification des logiciels actuels afin d'intégrer ces calculs de capabilité. Les annexes comprennent normes, certificats d'étalonnage, valeurs de la pièce test et programmes développés.

Le couplage précision-vitesse est une problématique importante de l'usinage à 5 axes. Le respect de la précision impose à la machine de ralentir. De plus, le calcul du trajet ne prend pas en compte le comportement de la machine et induit aussi des ralentissements. Ces travaux de thèse visent deux objectifs : Optimiser le comportement de la machine outil en modifiant l'orientation de l'axe outil dans le repère machine ; Garantir le respect des contraintes géométriques fonctionnelles sur l'orientation de l'axe outil. Une méthode d'optimisation sous contrainte est proposée. La fonction objectif utilise un modèle simplifié du comportement de la machine. Le concept du Domaine d'Orientation Admissible est alors défini pour contraindre l'orientation de l'outil dans le repère pièce puis dans le repère machine afin d'y réaliser l'optimisation. La méthode d'optimisation est comparée à des méthodes alternatives selon des critères de rapidité de calcul et de performance.

La prise en compte de l'incertain dans les analyses mécaniques est une condition indispensable pour un dimensionnement optimal et robuste des structures. Avec cet objectif les méthodes de couplage mécano-fiabiliste doivent intégrer les modélisations mécaniques de plus en plus complexes (comportement non-linéaire, dynamique, fatigue, mécanique de la rupture,...) complexité qui rend les analyses de plus en plus exigeantes en temps de calcul. La voie retenue dans la thèse consiste à substituer au modèle mécanique, un modèle approché obtenu par apprentissage statistique. La mise en oeuvre s'appuie sur la méthode des Support Vector Machines (SVM). Deux nouvelles méthodes sont proposées. SMART Support vector Margin Algorithm for Reliability es Timation permet d'élaborer de manière incrémentale une base de données optimale pour l'apprentissage de la frontière entre sûreté et défaillance. En couplant l'appprentissage avec la technique des subsets simulations, 2 SMART Subset by Support vector Margin Algorithm for Reliability es Timation prend en compte de faibles niveaux de probalité et un nombre relativement important de variables. Les travaux ont été validés sur des cas tests issus de la littérature ainsi que sur des cas mécaniques plus significatifs issus de problèmes industriels. Les résultats obtenus confirment la robustesse des méthodes proposées pour traiter les analyses de sensibilité et de fiabilité.

Les techniques classiques de synthèse des mécanismes sont encore limitées de point de vue application et performances. L'expérience du c oncepteur est encore l'atout essentiel pour résoudre ce genre de problème. Dans ce but, on se propose de développer des outils de synthèse de mécanismes plans et spatiaux et de robots parallèles par une méthode évolutionnaire. La première partie s'intéresse à la synthèse des mécanismes plans et spatiaux. La nouvelle modélisation proposée utilise le paramétrage de Denavit-Hartenberg. Ce paramétrage permet facilement d'étudier, les quatre familles de mécanismes que nous avons identifié. Ils sont résolus par une technique d'optimisation basée sur un couplage entre un algorithme génétique et un contrôleur de logique floue. On développe égalem ent une application d'un mécanisme spatial, que nous avons proposé, comme dispositif anti-escarres. La deuxième partie est dédiée à l'analyse et à la synthèse dimensionnelle du robot DELTA pour un espace de travail prescrit. On introduit la notion de puissance d'un point par rapport à une surface, utilisée dans la formulation du problème de synthèse. En fait, cette approche repose sur un processus d'optimis ation génétique s'adaptant aux différents critères de synthèse.

La prédiction du comportement de structures soumises au chargement d'un guide est un enjeu actuel de l'industrie aéronautique. Les matériaux composites, de plus en plus employés, ont des mécanismes de dégradation dont la taille caractéristique est inférieure au dixième de millimètre. Dans le cadre des méthodes multi-échelles développées au laboratoire pour la simulation des structures, nous proposons une méthode de décomposition de domaine mixte pour la simulation d'écoulements incompressibles. Les équations de Navier-Stokes sont écrites dans un formalisme eulérien, et résolues de manière incrémentale. La solution du problème à chaque piquet de temps est obtenue de manière itérative, par la résolution de problèmes posés sur les interfaces et sur les sous-domaines. La non-linéarité liée au terme de convection est traitée au niveau des sous-domaines, et les problèmes sur les interfaces assurent la vérification de l'ensemble des équations du problème initial. Nous introduisons ensuite un problème global posé sur l'ensemble des interfaces. Ce problème macroscopique original basé sur la condition d'incompressibilité de l'écoulement accélère la convergence de la stratégie itérative. Nous abordons enfin le couplage par une méthode de domaine fictif, dont les premiers développements ont permis d'obtenir des résultats prometteurs. Les méthodes proposées sont implantées dans un code éléments finis et illustrées sur des exemples bidimensionnels.

La dalle d'impact est une zone du revêtement en céramique réfractaire du fond de la poche à acier, renforcée pour résister aux sollicitations thermomécaniques induites par l'impact du jet d'acier liquide lors du remplissage. Les résultats d'une enquête menée sur un site de production sont d'abord présentés. Les causes et les modes de dégradation observés sur différents types de dalles ont été identifiés et l'influence de certains paramètres du procédé d'affinage de l'acier sur la durée de vie de la dalle a été évaluée. Une campagne d'essais mécaniques de compression simple et de flexion 3-points a ensuite été réalisée jusqu'à 1500°C sur différents types de bétons réfractaires alumine-magnésie formant des spinelles MgAl2O4. Elle a permis de caractériser le comportement mécanique de ces céramiques et les déformations induites par les changements de phases se produisant à haute température. Une loi de comportement thermoélasto-viscoplastique prenant en compte les changements de phases a été construite pour décrire le comportement en service des réfractaires. La dernière partie du document est consacrée à des simulations numériques réalisées avec les codes de calculs FLUENT et ABAQUS. Elle vise à décrire le comportement thermique et mécanique de la dalle d'impact au cours d'un cycle d'affinage et en particulier lors de l'impact du jet de métal liquide. Associées à des observations de la microstructure et des données recueillies sur le procédé d'affinage, ces simulations ont permis de reconstruire l'historique des sollicitations s'appliquant sur la dalle et de mieux comprendre à quelles étapes du procédé d'affinage certaines dégradations observées pouvaient être attribuées.

Influençant fortement la conception de nombreux produits et systèmes industriels, l'optimisation d'agencement est au cœur des problématiques de recherche scientifique. L'élaboration d'une solution d'agencement optimale est rendue d'autant plus complexe qu'il s'agit de répondre aux exigences croissantes des concepteurs travaillant sur des projets divers. Ce travail de doctorat propose une méthode intégrée visant à résoudre un problème d'optimisation d'agencement d'espace, depuis le besoin formulé par le concepteur jusqu'à l'obtention d'une solution idéale. Cette méthode, générique et interactive, s'appuie sur un processus en quatre étapes : la description, la formulation, la résolution du problème et la prise de décision finale. Les deux premières étapes consistent à écrire le problème d'optimisation d'agencement en prenant en compte les différentes exigences du concepteur. Ensuite, l'étape de résolution s'appuie sur l'utilisation d'une stratégie d'optimisation multiobjectif et modulaire. Enfin, la dernière étape consiste, pour le concepteur, à faire un choix de conception sur les solutions proposées par l'algorithme. Afin de matérialiser et valider la méthode, deux problèmes industriels d'agencement d'espace sont résolus. Le premier cas d'étude, proposé par l'entreprise Thales Communications & Security, porte sur le placement optimal d'équipements dans un shelter (abri technique mobile). Le deuxième problème, plus sommaire, étudie le stockage de composants dans un container. Enfin, le travail réalisé au cours de ce doctorat a permis le développement d'un logiciel qui reprend les différentes étapes de la démarche d'optimisation.

Les servocommandes aident le pilote à contrôler l'appareil avec précision et peu d'effort au manche. Le travail de thèse concerne le design et la fabrication de servocommandes à entrée mécanique et puissance hydraulique. Le distributeur est la pièce la plus coûteuse et la plus difficile à concevoir et à fabriquer de la servocommande. Cette pièce est également celle qui influence principalement les performances de l'actionneur. Le principal objectif de la thèse est de concevoir une servocommande faible coût qui possède des performances similaires à une servocommande actuellement utilisée. Cet objectif a été scindé en trois étapes :  Modéliser une servocommande et en particulier l'étage pilote de celle-ci  Concevoir le distributeur à partir de ce modèle  Fabriquer des prototypes de servocommande et valider la conception grâce à des essais Dans le premier chapitre, des solutions techniques du futur design sont sélectionnées pour la servocommande et le distributeur afin de répondre aux exigences de l'application. Le second chapitre présente les modèles et outils pour le design et la fabrication du distributeur de servocommande. Le troisième chapitre concerne le pré-design et la fabrication des premiers distributeurs. La méthode choisie pour le pré-design du distributeur est basé sur une exploitation de modèle. Une nouvelle méthode de fabrication bas coûts est développée basée sur la représentation asymptotique de la courbe de gain en pression. Le dernier chapitre présente le design final du distributeur. L'évaluation à partir d'essais de l'exigence de mixabilité n'étant pas concluante, une nouvelle géométrie de fente pour le distributeur est proposée. Le design est donc mis à jour grâce à une approche basée sur le modèle puis validé par des essais.

Les différentes étapes du processus d'élaboration de pièces de formes complexes sont encore aujourd'hui le siège d'erreurs et de cloisonnement entre activités qui engendrent une perte de qualité du produit réalisé et un manque de productivité. La maîtrise des écarts géométriques observés sur les surfaces usinées par exécution de trajectoires UGV sont ainsi au centre de l'étude. Afin de mieux appréhender l'apparition des défauts géométriques dans le processus, les travaux débutent par une analyse détaillée du processus, allant de la génération des trajectoires, jusqu'au comportement dynamique de la structure de la machine-outil en passant par l'interpolation géométrique et temporelle par la commande numérique et le suivi des consignes ainsi générées par les asservissements. Cette analyse conduit à identifier les différentes sources d'erreurs, à évaluer les écarts géométriques outil/pièce engendrés et à proposer un découpage de ces écarts le long du processus. Parmi les différents défauts, l'étape d'exécution des trajectoires s'avère être une des principales sources d'écarts résultant sur la pièce. Une modélisation des asservissements est ainsi proposée afin de prédire les erreurs dites de suivi de trajectoires. Le modèle, testé et validé sur différentes machines outils, sert ensuite de support à l'optimisation du processus. L'optimisation du processus est abordée par minimisation des écarts résultants sur la trajectoire effective tout en préservant la productivité. A cet effet, une méthode de compensation par modèle inverse est proposée. S'appuyant sur un modèle de défauts liés à l'étape d'exécution (interpolation et asservissement) et à une réorganisation spatiale des écarts, la méthode de Compensation des Ecarts au Contour (méthode CEC) permet de diminuer significativement l'écart résultant sur la pièce.

Dans le cadre de la modélisation de structures comportant des paramètres incertains, nous nous intéressons aux caractéristiques spectrales des systèmes mécaniques. Alternatives aux méthodes de Monte-Carlo pour le traitement des problèmes de propagation d'incertitudes dans les modèles mécaniques structuraux, les méthodes d'éléments finis stochastiques (MEFS) connaissent un succès grandissant depuis une dizaine d'années, concrétisé par de nombreux travaux de recherche internationaux. Le présent travail s'inscrit dans le cadre de ces recherches. Dans cette optique, nous décrivons dans une première partie les caractéristiques spectrales, aussi bien les valeurs propres que les modes propres, des structures comportant des paramètres modélisés par des variables aléatoires ou par des champs aléatoires. Pour ce faire, nous utilisons la méthode spectrale des éléments finis stochastiques, que nous avons étendue au calcul des valeurs et vecteurs propres. Les propriétés du matériau sont modélisées par un développement de Karhunen-Loève, alors que les valeurs et les vecteurs propres sont développés sur la base du chaos polynomial. Une méthode de résolution adoptée est proposée pour le découplage du système d'équations. La méthode proposée, essentiellement valable pour les problèmes linéaires, présente l'intérêt de permettre la prise en compte, non seulement de variables aléatoires, mais également de champs stochastiques pour la modélisation probabiliste des paramètres incertains du modèle. Quatre applications à différents niveaux de complexité permettent de juger de ses possibilités. Nous étudions ensuite le couplage de la conception robuste et de la MEFSS, cette dernière représente un outil puissant pour l'optimisation de la performance dynamique des systèmes mécaniques, puisqu'elle permet d'obtenir, à moindre coût, la moyenne et l'écart-type de la réponse, afin d'évaluer la solution robuste. L'intérêt de l'outil présenté est illustré par deux exemples sur des structures en automobile.