Les pentes ont toujours été un sujet de discussion pour les ingénieurs en géotechnique. Leurs stabilités étant d’une importance majeure, puisque leur effondrement peut causer la perte d’inestimables et précieuses vies humaines. C’est l’une des raisons qui nous a poussé à étudier la sécurité des pentes. Dans ce projet, on a essayé de se concentrer sur les sols fins et plus précisément les argiles, pour voir l’effet de la variation de l’indice de plasticité sur la stabilité dynamique des pentes et des remblais construits sur des dépôt d’argile. On a aussi essayé d’étudier l’effet de la variation des zones sismiques au Québec (zone 3, 4 et 5) sur la stabilité des pentes face à des séismes de différentes caractéristiques. Alors, pour ce faire, plus que 2000 simulations numériques ont été réalisées sur un logiciel de calcul dynamique, FLAC, afin d’étudier le comportement de différentes pentes de 10 et 20 m d’épaisseur de dépôt (avec une hauteur de pente constante de 10 m) qui présentent une augmentation de cohésion de couche en sous-couche (delta) de 1,5, 2 et 2,5. La méthode pseudo-spectrale (récemment développée à l’université de Sherbrooke), qui se présente comme remplaçante à la méthode pseudostatique, a été utilisée pour comparer ses résultats avec ceux de la littérature et ensuite pouvoir la valider. L’effet de l’ajout d’une berme sur la stabilité dynamique a été également étudié.

Une couche de mélange est généralement considérée comme un prototyped'écoulements libres cisaillés trouve sa présence au sein des nombreuses phénomènesnaturelles et applications industrielles. Le fort développement de l'aéroacoustique, notammentgrâce aux progrès des simulations numériques, a permis d'identifier les structures cohérentesqui se développent dans l'écoulement comme les principales sources de bruit. En outre,l'analyse de stabilité permet de caractériser l'émergence des ondes d'instabilités sous forme deces structures. Dans ce cadre, nous proposons de réaliser à travers ce mémoire une analysede stabilité globale, afin de comprendre l'émergence de fréquences fondamentales, ainsi qu'unedécomposition modale linéaire et non-linéaire, afin de caractériser les structures cohérentesessentiellement responsables du rayonnement acoustique. En particulier, nous proposons dedévelopper les méthodes de stabilité globale en régime compressible ainsi qu'une technique decalcul de structures cohérentes appliquée en régime non-linéaire basée sur la méthode« DMD ». De tels outils d'analyse sont validés et illustrés sur une configuration académiqued'une couche de mélange à co-courant, de type d'amplificateur de bruit, d'un simple cas où uneseule source est impliquée dans le rayonnement acoustique à un cas plus complexe où deuxsources sont présentes. Aussi bien la DMD temporelle que la DMD spatiale sont montréscapables de décrire le comportement des structures cohérentes en champ proche et lescaractéristiques des ondes acoustiques en champ lointain. Enfin, les méthodes dedécomposition modale s'avèrent une base de réduction de modèle pertinente, dans l'objectifd'un contrôle efficace. / A mixing layer is generally considered as a prototype of free shear flows whichoccur in a very broad spectrum of applications from natural phenomena to the engineeringscience. The increasing development of the aeroacoustics, more particularly thanks to theprogress in numerical simulations, has allowed to identify the coherent structures which evolvein the flow as the main sound sources. Furthermore, the emergence of the instability wavestaking the form of the coherent structures can be characterized by the stability analysis. In thiscontext, we propose through this work to perform a global stability analysis, in order tounderstand the emergence of fundamental frequencies, as well as a modal decompositionwithin both a linear and nonlinear framework, to characterize the coherent structures primarilyresponsible for the sound generation. In particular, we propose to develop the methods of theglobal stability with respect to the compressible flows as well as a technique of calculation ofcoherent structures applied to the nonlinear regimes based on the DMD method. Such analysistools are validated and illustrated on an academic configuration of a co-flowing mixing layer, atypical noise amplifier, from a simple case where a single source is implicated in the acousticradiation to a more complex case where two sources are present. Both the temporal and spatialDMD are shown capable of describing the characteristics of the coherent structures in the nearfield and the behaviour of the acoustic waves in the far field. Finally, the methods of the modaldecomposition have proven themselves as a relevant model reduction aiming at designing anefficient control strategy.

La résolution numérique du système d'équations pleinement compressibles en vue de son utilisation pour des applications en Prévision Numérique du Temps (PNT) soulève de nombreuses questions. L'une d'elles porte sur le choix des schémas de discrétisation temporelle à mettre en oeuvre afin de résoudre ce système de la manière la plus efficace possible, pour permettre la continuelle amélioration qualitative des prévisions. Jusqu'alors, les schémas de discrétisation temporelle basés sur des techniques semi-implicites (SI) étaient les plus couramment employés PNT, compte tenu de leur robustesse et de leur grande propriété de stabilité. Mais avec l'émergence des machines massivement parallèles à mémoire distribuée, l'efficacité de ces techniques est actuellement remise en question, car leur confortable plage de stabilité est obtenue au prix de l'inversion d'un problème elliptique tri-dimensionnel très gourmand en communications. Ce travail thèse vise à explorer d'autres méthodes de discrétisation temporelle, en remplacemant des méthodes SI, s'appuyant sur des approches de type Horizontalement Explicite et Verticalement Implicite (HEVI). D'une part, ces approches s'affranchissent de la contrainte numérique imposée sur le pas de temps par la propagation verticales des ondes rapides supportées par le système, grâce au traitement implicite des processus verticaux. D'autre part, elles exploitent le paradigme de programmation voulant que chaque colonne verticale du modèle numérique soit traitée par un unique processeur. Ainsi, le traitement implicite de cette direction n'engendre aucunes communications entre les processeurs. Cependant, bien que ces ap- proches HEVI apparaissent comme une solution attractive, rien ne garanti que leurs efficacités puissent être aussi compétitives que celles des sché- mas SI. Pour ce faire, ces schémas HEVI doivent permettre l'utilisation de pas de temps raisonnables pour une application en PNT. L'objectif de ce travail de thèse est d'élaborer un schéma de discrétisation temporelle HEVI le plus efficace possible pour une utilisation en PNT, c'est à dire, un schéma qui autorise le plus long pas de temps possible. Dans cette optique, deux voies ont été explorées : la première, issue des méthodes à pas de temps fractionné, a permis de revisiter et d'améliorer un schéma de discrétisation temporelle déjà proposé mais dont l'examen n'a jamais été approfondi dans la littérature ; il s'agit du schéma d'avance temporelle saute-moutons trapézo\"idal. Il a été mis en évidence que l'ajout d'un simple filtre temporel d'usage commun en PNT, améliore grandement la stabilité de ce schéma, lui permettant ainsi à moindre coût de rivaliser en terme de stabilité avec le schéma Runge-Kutta explicite d'ordre 3. La seconde voie, plus récente, c'est avérée la plus prometteuse. Elle repose sur l'utilisation des méthodes Runge-Kutta Implicite-Explicite (RK-IMEX) HEVI. Au cours l'étude, il a été tout d'abord mis en évidence certains problèmes de stabi- lité des schémas initialement suggérés dans la littérature en présence des processus d'advection. Puis, une nouvelle classe de schéma RK-IMEX HEVI s'appuyant sur un traitement temporel spécifique des termes d'ajustement horizontaux a été proposé / The use non-hydrostatic fully compressible modelling system in the perspective of Numerical Weather Prediction (NWP) raises many challenging questions, among which the choice time discretization scheme. It is commonly acknowledge that the ideal time marching algorithms to integrate the fully compressible system should both overcome the stability constraint imposed on time-step by the fast propagating waves supported by the system, and be scalable enough for efficiently computing on massively parallel computer machine. The assumed poor scalability property of Semi-implicit (SI) time schemes, currently favoured in NWP, is quite a drawback as they require global communications to solve a full three-dimensional elliptic problem. Because it is considered as the best compromise between stability, accuracy and scalability the properties of various classes of Horizontally Explicit Vertically Implicit (HEVI) schemes have been deeply explore in this work in a view of solving the fully system in mass-based coordinate. This class of time discretization approach eliminates all the problems linked to the implicit treatment of horizontal high-frequency forcings by coupling multi-step or multi-stage explicit methods for the horizontal propagation of fast waves to an implicit scheme for the treatment of vertically prop- agating elastic disturbances. The limitation in time-steps compared to SI schemes would be compensated by a much more economical algorithm per time-step. However, it is not firmly established that the efficiency of such a HEVI schemes could compete with one of the semi-implicit schemes. The main objective of this Phd thesis work is to elaborate an efficient HEVI time scheme allowing usable time-step for NWP applications. For this purpose, the so-called explicit time-splitting technique and the recently suggested Runge-Kutta IMEX (RK-IMEX) schemes have been explored un- der HEVI approach. Firstly, the superiority in term of stability of the RK-IMEX methods in respect with the time-splitting approach has been con- firmed. However, in presence of advection processes some unstable numerical behaviour of these schemes has been pointed out. To circumvent this problem a new class of RK-IMEX HEVI schemes has been proposed. This new class of HEVI time schemes reveals to be very attractive since they provide both good stability and accuracy properties. Secondly, in a side aspect of the HEVI approach, the stability impact of the temporal treatment of the terrain following coordinate non-linear metric terms has been demonstrated. Numerical analyses on simplified framework indicate that there might be a benefit to deal with these specific terms in the implicit part of the HEVI schemes. All the theoretical studies have been confirmed by nu- merical testing through the use of a Cartesian vertical plane fully compressible model cast in a mass-based coordinate.

Depuis 1971, les politiques publiques de gestion et de prévention des risques industriels ont connu de nombreux changements. Ce travail analyse les modalités d’élaboration et de mise en œuvre des politiques de gestion des risques industriels à Pont-de-Claix depuis les années 1970. En s’intéressant à ce territoire, qui s’est développé par et autour de son industrie chimique « à risques », cette recherche identifie et qualifie la nature et l’ampleur des changements qui affecte la gestion locale des risques industriels. Cela contribue à mettre au jour l’existence d’un système institutionnel local en charge de ces questions, système remarquable par sa stabilité dans le temps, et ce malgré les évolutions législatives ou les recompositions du contexte socioéconomique qui touchent l’industrie chimique pontoise et avec elle, l’ensemble de ce territoire. Ce travail montre comment sur ces problématiques, ces changements et évolutions contribuent à assurer la stabilité du système institutionnel identifié et donc de la conduite de l’action publique à cet échelon local. Pour développer cette analyse, cette recherche s’appuie sur un cadre d’analyse institutionnaliste de l’action publique. En identifiant plusieurs niveaux de changements institutionnels, cette approche discute des changements de l’action publique, de leurs origines comme de leurs finalités, ainsi que de souligner les éléments de stabilité qui parcourent ces politiques de gestion des risques. En définitive, ce cadre analytique donne à voir une mise en œuvre de l’action publique dans laquelle les acteurs dominants s’appuient sur ces changements, voire les initient, pour préserver leurs positions et intérêts, et ainsi assurer la continuité des modes de gestion des risques industriels à une échelle locale. / In France, industrial risk management legislation have faced many changes since the beginning of the 70s. This thesis focuses on the industrial risk management at a local level since this period around the area of Pont-de-Claix, France. By focusing on this area, this research aims to identify and qualify the extent of changes (legislation, socio-economic, etc.) in the local implementation of these public policies. As a result, it occurs that the local industrial risk management could be characterized by its continuity and the permanence of power relationship and asymmetries between local stakeholders. The theoretical frame of this thesis is based on an institutional approach of public action. By identifying different level of changes, this approach enlightens how changes could be used as stability factors in local public action, especially by dominant stakeholders. In this context, changes appear as a way for dominant stakeholders to preserve their interests and to keep their leading role in the local implementation of industrial risk management policies.

La région du Golfe comprend trois grandes puissances : l'Arabie Saoudite, l'Iran, l'Irak, et des pays plus modestes comme le Bahreïn, le Koweït, le Qatar, les Émirats Arabes Unis et le Sultanat d’Oman. La région du Golfe, plus grande concentration de gisements pétroliers au monde, représente non seulement une réserve stratégique pour le raffinage et l’approvisionnement en pétrole, mais aussi une zone d’extraction à long terme de gaz naturel.Les problèmes économiques et le manque de libertés font surgir la question de la légitimité des dirigeants des pays de la région du Golfe. Les organismes institutionnels, à l’instar des parlements, rencontrent des difficultés à exercer leurs missions et voient leur marge de manœuvre limitée par le pouvoir exécutif. La recherche d’une solution simple mais réaliste, eu égard au système actuel, doit être centrée sur l’identification des défis à relever pour assurer une stabilité régionale en tenant compte, évidemment, du contexte international / The Gulf region has three major powers: Saudi Arabia, Iran, Iraq, and smaller countries such as Bahrain, Kuwait, Qatar, the UAE and the Sultanate of Oman. The Gulf region, greater concentration of oil reserves in the world, represents not only a strategic reserve for the refining and oil supplies, but also an area of long-term extraction of natural gas.Economic problems and lack of freedoms are raised the question of the legitimacy of leaders of countries in the Gulf region. Institutional bodies, like parliaments, faced difficulties in exercising their duties and see their limited discretion by the executive. Looking for a simple but realistic, given the current system should focus on identifying challenges to ensure regional stability, taking account, of course, the international context

Cette thèse examine l'impact de la transparence informationnelle des banques sur la stabilité financière pendant la période 1990-2013. Elle est composée de deux essais empiriques, un essai théorique, ainsi que d'une revue de la littérature. Le premier chapitre met en lumière la littérature existante, théorique et empirique, qui servira comme tremplin pour le reste de la dissertation, Le chapitre 2 teste les effets de la transparence informationnelle des banques sur les prix des swaps de crédit pendant la crise de la dette souveraine européenne, sut- la période 2010-2013. Les banques les plus transparentes sont les banques qui souffrent le moins de la volatilité des prix des swaps de crédit au moment des annonces de dégradation des notes des états. La transparence, via la gouvernance des marchés financiers participent à améliorer la stabilité financière. Le chapitre 3 teste, théoriquement, les incitations à retirer des déposants en présence d'ambiguïté et dans le cas où l'information est imparfaite. Les résultats montrent que plus leur degré de pessimisme génère une incitation supérieure à retirer leurs dépôts de l'institution dans laquelle ils ont déposés. La combinaison de l'ambiguïté et de l'asymétrie d'information ouvre la porte à de nouvelles perspectives en termes de transparence informationnelle de la part des banques en direction des déposants et participant ainsi à l'amélioration de la stabilité financière en évitant les paniques bancaires. Le chapitre 4 teste empiriquement les résultats obtenus dans le chapitre précédent. Nous testons l'attractivité, pour les déposants, des banques les plus transparentes sur la période 1990-2013 tout en prenant en considération l'ambiguïté. Les résultats confirment que l' ambiguïté a un effet négatif sur le montant des dépôts totaux des banques et que la transparence informationnelle peut activer des incitations au retrait chez les déposants. / This thesis tries to understand the relationship between banking disclosure and financial stability for several actors of bank's governance. Disclosure has a positive impact on financial market participant made possible by a reduction of the information premium. Regarding depositors, we decided to partially reject the hypothesis of perfect rationality by introducing the ambiguity notion. We were able to show that a negative relationship exists between ambiguity and deposit levels bath theoretically and empirically. Disclosure policies have therefore a negative impact on European total deposit empirically.

Le contexte général des travaux de recherche de cette thèse concerne les problématiques liées à l’optimisation glob-ale liée à la conception des futurs satellites d’observation terrestre et de missions scientifiques, nécessitantune très haute stabilité en pointage (capacité du satellite à garder son point de visée). Plus particulièrement,les travaux concernent le contrôle actif des modes micro-vibratoires.Dans une mission satellitaire d’observation terrestre, la qualité des images dépend bien évidemmentdes instruments de mesure optique (diamètre du miroir, aberrations optiques et qualité du polissage)mais également des performances de la stabilité de la ligne de visée du satellite qui peut s’avérer dégradéepour cause de micro-vibrations. La présence de ces micro-vibrations est liée aux divers éléments tournantdu satellite tels que les mécanismes de rotation des panneaux solaires ou de contrôle d’orientation dusatellite (on parle de contrôle d’attitude réalisé au moyen de roues inertielles).Le contrôle des micro-vibrations représentent ainsi un défit technologique, conduisant l’ESA et les ac-teurs industriels du monde spatial, a considéré cette problématique comme hautement prioritaire pour ledéveloppement des satellites d’observation terrestre nouvelle génération.Il existe à l’heure actuelle deux principes fondamentaux de contrôle des micro-vibrations :• le contrôle dit passif: la stratégie consiste à introduire des dispositions constructives et des matériauxparticuliers permettant de minimiser la transmission des vibrations à l’environnement.• le contrôle dit actif : le concept de contrôle actif des vibrations est tout autre : l’idée est cette fois-ci,de bloquer la micro-vibration en exerçant une vibration antagoniste créée artificiellement avec despropriétés en opposition, à tout instant, relativement à la vibration indésirable, pour rendre nulleleur somme.L’industrie spatiale aborde cette problématique en plaçant des isolateurs en élastomère au voisinage dechaque source de micro-vibrations. Cette solution, qui a fait ses preuves puisqu’elle équipe actuelle-ment nombre de satellites en orbite, permet de rejeter nombre de micro-vibrations. Malheureusement,la demande de plus en plus importante de grande stabilité de la ligne de visée pour les futures missionsd’observation terrestres telles que les missions GAIA rend l’approche passive insuffisante.L’ESA et Airbus Defence and Space, ont donc collaborer conjointement avec l’équipe ARIA au travers decette thèse, dans des travaux de recherche dans le domaine du contrôle actif pour palier ces problèmes.L’objectif visé est de coupler les approches passives et actives afin de rejeter à la fois les micro-vibrations enhautes fréquences (approche passive existant) et en basses fréquences (approche active objet des travauxde la thèse) / Next generation satellite missions will have to meet extremely challenging pointing stability requirements. Even low levels of vibration can introduce enough jitter in the optical elements to cause a significant reduction in image quality. The success of these projects is therefore constrained by the ability of on-board vibration isolation and optical control techniques to keep stable the structural elements of the spacecraft in the presence of external and internal disturbances.In this context, the research work presented in this thesis combines the expertise of the European Space Agency (ESA), the industry (Airbus Defence and Space) and the IMS laboratory (laboratoire de l’Intégration du Matériau au Système) with the aim of developing new generation of robust microvibration isolation systems for future space observation missions. More precisely, the thesis presents the development of an Integrated Modeling, Control and Analysis framework in which to conduct advanced studies related to reaction wheel microvibration mitigation.The thesis builds upon the previous research conducted by Airbus Defence and Space and ESA on the use of mixed active/passive microvibration mitigation techniques and provides a complete methodology for the uncertainty modeling, robust control system design and worst-case analysis of such systems for a typical satellite observation mission. It is shown how disturbances produced by mechanical spinning devices such as reaction wheels can be significantly attenuated in order to improve the pointing stability of the spacecraft even in the presence of model uncertainty and other nonlinear phenomenon.Finally, the work introduces a new disturbance model for the multi harmonic perturbation spectrum produced by spinning reaction wheels that is suitable for both controller synthesis and worst-case analysis using modern robust control tools. This model is exploited to provide new ways of simulating the image distortions induced by such disturbances.

Dans un contexte de changement global qui continue de menacer les espèces et l’intégrité des écosystèmes à travers le monde, l’étude de la stabilité des écosystèmes n’a jamais été aussi importante. Jusqu’à aujourd’hui, la plupart des études sur la stabilité des écosystèmes se sont centrées sur des écosystèmes simples et des perturbations individuelles, en focalisant généralement sur le comportement de propriétés écosystémiques particulières, comme les indices de productivité et de diversité. Cependant, les écosystèmes sont soumis simultanément à de multiples perturbations. De plus, à grande échelle spatiale, différents écosystèmes se succèdent, chacun répondant différemment à une perturbation donnée. L’étude de la stabilité des écosystèmes doit donc progresser vers des approches plus intégratives qui seront informatives à des échelles pertinentes pour la gestion des écosystèmes. Cette thèse est un pas en avant dans cette direction. Ici, j’ai utilisé plusieurs approches pour évaluer la façon dont de multiples facteurs de changement global, tels que les changements climatiques graduels et extrêmes et les changements d’usage du sol, affectent la stabilité des écosystèmes à grande échelle spatiale, du point de vue d’un seul niveau trophique à un point de vue multitrophique.Je commence par souligner l’importance de considérer les interactions entre les changements climatiques graduels et extrêmes, en conjonction avec les changements de l’usage du sol, pour la gestion de paysages hétérogènes, comme les Alpes européennes. En utilisant un modèle de végétation dynamique et spatialement explicite, je montre qu’une augmentation de la fréquence et de l’intensité de la sécheresse pourrait drastiquement changer les tendances d’embroussaillement des habitats ouverts alpins et subalpins qui sont généralement prévues par les projections ne prenant pas en compte ces évènements extrêmes dans le futur. J’ai ensuite étudié si la sécheresse et le réchauffement climatique progressif amenaient les communautés végétales à souffrir des transitions différentes, en utilisant une approche innovatrice dans laquelle les états des communautés sont décrits d’une façon multidimensionnelle. Je montre que bien que les effets de la sécheresse sur la structure des forêts et des pâturages ne devraient pas trop affecter les trajectoires à long terme causées seulement par le réchauffement climatique graduel, ils devraient rendre les communautés forestières plus instables que les prairies dans le futur. Cependant, l’analyse des réponses de la végétation reste limitée à un seul niveau trophique. Vu que les réseaux trophiques représentent les flux d’énergie dans un écosystème, l’étude de leur stabilité aux perturbations devrait fournir des informations plus précises sur la stabilité globale de l’écosystème. Donc, j’ai aussi étudié la stabilité des réseaux trophiques dans les aires protégées européennes face à des scénarios futurs d’usage du sol et de climat. Mes résultats montrent que ces réseaux trophiques peuvent être très sensibles aux changements climatiques, même s’ils ne sont soumis à aucun changement d’usage du sol. Notamment, je montre que la prise en compte des phénomènes de dispersion des espèces aura un impact important sur la robustesse des réseaux, et je souligne l’importance de leur prise en compte pour la gestion des écosystèmes.Dans ma thèse, je démontre que les concepts de stabilité de l’écosystème peuvent et doivent être appliqués à des échelles pertinentes pour la gestion des écosystèmes, tout en adoptant la nature multidimensionnelle des écosystèmes. / As global change threatens ecosystems worldwide with biodiversity loss, studying ecosystem stability has never been so important. Most ecosystem stability studies have heretofore focused on single ecosystems and disturbances, usually following the behaviour of particular ecosystem properties, such as productivity and diversity indices. However, ecosystems are subjected to multiple disturbances simultaneously and at large spatial scales different ecosystems co-occur, each responding specifically to any given disturbance. Hence, the study of ecosystem stability needs to move towards approaches that can be informative at broad scales that are relevant for ecosystem management. This thesis is a step forward in this direction. Here, I used several approaches to assess how multiple global change drivers, such as climate change, extreme whether events, and land-use changes, affect ecosystem stability at landscape and larger spatial scales, and from single to multi-trophic level perspectives.I begin by highlighting the importance of considering the interactions between gradual and extreme climate changes, in conjunction with land-use changes, for the management of highly diverse landscapes, such as the European Alps. Using a spatially explicit dynamic vegetation model, I show that increasing drought frequency and intensity will likely change the trends of treeline movement expected under future gradual climate warming scenarios. I then investigated whether drought and gradual climate warming caused plant communities to shift in different ways, using n-dimensional hypervolumes to describe community states in multidimensional space. Drought effects on forest and grassland structure did not greatly change the long-term trajectories caused by gradual climate warming alone, but showed that forest communities became more unstable than grasslands in the future. However, focusing on vegetation dynamics remains limited to a single trophic level. Because trophic networks represent energy flows in an ecosystem, studying their stability to disturbances should provide more accurate information on overall ecosystem stability. Hence, I also investigated trophic network stability in European protected areas to future scenarios of land-use and climate changes. My results show that these trophic networks may be highly sensitive to climate changes, even if no land-use changes occur. Importantly, I show that considering different dispersal limitations will greatly impact network robustness, and stress the importance of accounting for these processes in ecosystem management.In my thesis, I demonstrate that ecosystem stability concepts can and should be applied at scales that are relevant for management, while embracing the multidimensional nature of ecosystems.

Ce travail porte sur l’étude de la stabilité et l’analyse non-linéaire transitoire des instabilités mécaniques induites par le frottement dans les systèmes de freinage aéronautique. La compréhension de ces instabilités, par la combinaison d’approches expérimentales et théoriques, permet de réduire ou de supprimer leur risque d’apparition. Cette thèse a pour objectif de prédire les niveaux des vibrations induites par le frottement dans les freins aéronautiques à l’aide d’un modèle phénoménologique non-linéaire capable de reproduire les mécanismes responsables des instabilités. L’approche est focalisée sur les deux phénomènes vibratoires principaux apparaissant entre 0 et 1 000 Hz connus sous le nom de squeal et whirl. Pour appuyer cette démarche, les essais expérimentaux réalisés au sein de Messier-Bugatti - Groupe SAFRAN seront utilisés. La première approche est une étude ”statico-dynamique” dans laquelle la linéarisation des équations dynamiques non-linéaires autour de la position d’équilibre permet de déterminer la stabilité du système par un calcul aux valeurs propres. La stabilité du frein est alors déterminée en fonction de différents paramètres : coefficient de frottement, pression hydraulique, raideur non-linéaire, etc... Une attention particulière a été portée sur l’étude des effets de l’amortissement sur les instabilités vibratoires issues d’un couplage de modes : l’amortissement peut avoir des effets néfastes sur la stabilité du système, qui vont à l’encontre des idées reçues. La deuxième approche concerne l’étude ”dynamique non-linéaire”. L’analyse de stabilité ne permet pas, dans le cas où le système est instable, de connaître les amplitudes vibratoires générées. Une intégration temporelle des équations dynamiques non-linéaires permet alors de calculer les régimes transitoire et stationnaire du système. Des études d’influence sont ensuite menées pour évaluer la sensibilité de la réponse dynamique non-linéaire du frein vis-a-vis de ses paramètres. Le rôle de l’amortissement a été étudié avec attention : les conclusions établies grâce aux études de stabilité sont alors étendues à la dynamique non-linéaire. Des phénomènes transitoires complexes où plusieurs instabilités se développent seront également mis en évidence et analysés. Enfin, les essais expérimentaux montrent une dispersion importante dans l’amplitude des vibrations générées au cours des freinages, bien que les conditions expérimentales soient identiques. L’introduction de lois statistiques dans les paramètres du freinage permet alors de reproduire avec satisfaction la variabilité des amplitudes vibratoires observée en essais. / This study deals with the linear and non-linear transient analyses of instabilities induced by friction in aircraft braking systems. The investigation of these instability phenomena, under experimental and theoretical considerations, is useful to design brakes in which vibrations will not be harmful. The aim of this thesis is to predict the amplitude of the oscillations generated by frictioninduced instabilities in an aircraft braking system. To achieve this, a non-linear analytical model of the brake is built in order to reproduce the mechanisms responsible for friction-induced vibrations. Experimental records of the brake under working conditions performed by Messier-Bugatti- SAFRAN Group allow identifying two main vibrations identified in the 0-1,000 Hz range : squeal and whirl. The work is focused on these two phenomena. The first step in the study of a vibration problem is a stability analysis obtained by calculation of the eigenvalues of the Jacobian matrix of the system of non-linear equations linearized at the equilibrium point. The stability of the brake is then investigated with respect to brake parameters : coefficient of friction, hydraulic pressure, non-linear stiffness, etc... In particular, the effects of damping in mode-coupling instabilities are assessed. It appears that the addition of damping into the equations of motion does not lead systematically to the stabilization of the system, which runs counter to the generally accepted idea. The second step concerns the non-linear dynamics. If the system is unstable, the stability analysis gives no information on the amplitude of the oscillations or on the non-linear transient behavior. By integration of the full set of non-linear equations, the stationary and transient regimes are computed. The sensibility of the non-linear response of the brake is then studied with respect to brake parameters. In particular, the effects of damping are investigated in details : the conclusions established on the stability analysis are extended to the non-linear dynamics. Complex non-linear transient behaviors when several instabilities occur are also highlighted and analyzed. Finally, experimental tests reveal that the brake can generate vibrations of various amplitude, although the experimental conditions are identical. The introduction of statistical laws in the braking parameters allow simulating with a good agreement the variability of the vibratory levels observed when a series of tests is performed.

Ce travail de thèse expérimental étudie les instabilités et la transition de la couche limite produite par un disque en rotation. Pour l’écoulement naturel (c.-à-d. sans forçage extérieur), les mesures des profils de vitesse moyenne, de spectres en fréquence et de moyennes de phase des séries temporelles de vitesse ont permis de distinguer différents régimes en fonction de la distance adimensionnelle R à l’axe du disque. Pour les faibles valeurs de R, les profils de vitesse moyenne suivent la solution de von Kármán. Pour des valeurs plus importantes de R, des écarts à cette solution analytique sont observés et augmentent avec R. Ces écarts sont dus à la croissance spatiale de modes instables de la couche limite (vortex .cross-flow.), et la mesure du taux de croissance spatiale de ces modes correspond bien aux prédictions théoriques de l’analyse de stabilité linéaire. Dans cet écoulement, la transition se produit vers R ≈ 530 et la turbulence pleinement développée s’installe vers R ≈ 600. Les profils dans la région pleinement turbulente suivent la loi logarithmique des couches limites turbulentes et les spectres de vitesse présentent une loi en puissance de type Kolmogorov. Pour étudier la réponse au forçage, un dispositif expérimental a été mis au point qui permet d’exciter des perturbations stationnaires (dans le référentiel du laboratoire) ou en rotation à une fréquence qui peut être réglée indépendamment de la fréquence de rotation du disque. La réponse de l’écoulement à ces deux types de forçage et avec deux formes différentes pour l’élément de forçage a été étudiée. Un forçage stationnaire produit un sillage qui décroît avec la distance à l’élément de forçage, en accord avec la théorie. Le forçage avec des éléments en rotation peut produire un paquet d’ondes amplifié qui, bien que non linéaire, suit des trajectoires proches de celles prédites par la théorie linéaire. / This dissertation concerns experimental work on the instability and transition of the rotating-disk boundary-layer flow. In the case of the natural flow (i.e. without forcing), measurements of mean-flow profiles, frequency spectra and phase-locked averages of the velocity time series allow us to distinguish different flow regimes as a function of nondimensional distance, R, from the disk axis. As R increases, the mean-velocity profiles initially follow the von Kármán solution. At higher R, departures arise and increase with R. These departures are due to the spatial growth of boundary-layer instability modes (cross-flow vortices), whose radial growth rates are found to match linear-theory predictions. The flow becomes transitional at R ≈ 530 and fully turbulent by R ≈ 600. The profiles in the fully turbulent region follow the log law of turbulent boundary layers and the velocity spectra exhibit Kolmogorov-type power laws. To study the response to forcing, an experimental apparatus has been designed which allows the excitation of stationary (in thelaboratory frame of reference) disturbances or disturbances which rotate with a frequency which can be varied independently of the disk rotation rate. The flow response to both types of forcing and two forcing-element geometries was studied. Stationary forcing produces a wake which decays with distance from the element, in agreement with theory. Forcing due to rotating elements can generate growing wavepacket-like disturbances, which although nonlinear, follow trajectories close to linear-theory predictions.