Les turbomachines aéronautiques sont composées de plusieurs roues aubagées dont la fonction estde transférer l’énergie de l’air au rotor. Les roues aubagées des modules compresseur et turbine sontdes pièces particulièrement sensibles car elles doivent répondre à des impératifs de performanceaérodynamique, de tenue mécanique, de tenue thermique et de performance acoustique. L’optimisation aéro-méca-acoustique ou aéro-thermo-mécanique des aubages consiste à chercher, pourun ensemble de formes aérodynamiques paramétrées (par plusieurs dizaines de variables), celleassurant le meilleur compromis entre la performance aérodynamique du moteur et la satisfactionde plusieurs dizaines de contraintes souvent contradictoires. Cette thèse introduit une méthode d’optimisation basée sur les métamodèles et adaptée à la grande dimension pour répondre à la problématique industrielle des aubages. Les contributions de cettethèse portent sur deux aspects : le développement de modèles de krigeage, et l’adaptation d’unestratégie d’optimisation pour la gestion du grand nombre de variables et de contraintes.La première partie de ce travail traite des modèles de krigeage. Nous avons proposé une nouvelleformulation du noyau de covariance permettant de réduire le nombre de paramètres du modèleafin d’accélérer sa construction. Une des limitations connues du modèle de krigeage concernel’estimation de ses paramètres. Cette estimation devient de plus en plus difficile lorsque nousaugmentons la dimension du phénomène à approcher. En particulier, la base de données nécessitedavantage de points et par conséquent la matrice de covariance du modèle du krigeage est de plusen plus coûteuse à inverser. Notre approche consiste à réduire le nombre de paramètres à estimer en utilisant la méthode de régression des moindres carrés partiels (PLS pour Partial Least Squares). Cette méthode de réduction dimensionnelle fournit des informations sur la relation linéaire entre les variables d’entrée et la variable de sortie. Ces informations ont été intégrées dans les noyaux du modèle de krigeage tout en conservant les propriétés de symétrie et de positivité des noyaux. Grâce à cette approche, la construction de ces nouveaux modèles appelés KPLS est très rapide étant donné le faible nombre de paramètres nécessaires à estimer. La validation de ces modèles KPLS sur des cas test académiques ou industriels a démontré leur qualité de prédiction équivalente voire même meilleure que celle des modèles de krigeage classiques. Dans le cas de noyaux de covariance de type exponentiel, laméthode KPLS peut être utilisée pour initialiser les paramètres du krigeage classique, afin d’accélérerla convergence de l’estimation des paramètres du modèle. La méthode résultante, notée KPLS+K, a permis d’améliorer la qualité des modèles dans le cas de fonctions fortement multimodales. La deuxième contribution de la thèse a consisté à développer une stratégie d’optimisation globale sous contraintes pour la grande dimension, en s’appuyant sur les modèles KPLS ou les modèlesKPLS+K. En effet, nous avons étendu la méthode d’optimisation auto-adaptative connue dans lalittérature sous le nom "Efficient Global Optimisation, EGO" pour gérer les problèmes d’optimisationsous contraintes en grande dimension. Différents critères d’enrichissement adaptatifs ont pu êtreexplorés. Cette stratégie a permis de retrouver l’optimum global sur des problèmes académiquesjusqu’à la dimension 50. La méthode proposée a été confrontée à deux types de problèmes industriels, le cas test MOPTA issu de l’industrie automobile (124 variables d’entrée et 68 fonctions contraintes) et le cas test Snecma des aubes de turbomachines (50 variables d’entrée et 31 fonctions contraintes). Les résultats ont permis de montrer la validité de la démarche ainsi que les limites de la méthode pour une application dans un cadre industriel. / Aerospace turbomachinery consists of a plurality of blades. Their main function is to transfer energybetween the air and the rotor. The bladed disks of the compressor are particularly important becausethey must satisfy both the requirements of aerodynamic performance and mechanical resistance.Mechanical and aerodynamic optimization of blades consists in searching for a set of parameterizedaerodynamic shape that ensures the best compromise solution between a set of constraints.This PhD introduces a surrogate-based optimization method well adapted to high-dimensionalproblems. This kind of high-dimensional problem is very similar to the Snecma’s problems. Ourmain contributions can be divided into two parts : Kriging models development and enhancementof an existing optimization method to handle high-dimensional problems under a large number ofconstraints. Concerning Kriging models, we propose a new formulation of covariance kernel which is able toreduce the number of hyper-parameters in order to accelerate the construction of the metamodel.One of the known limitations of Kriging models is about the estimation of its hyper-parameters.This estimation becomes more and more difficult when the number of dimension increases. Inparticular, the initial design of experiments (for surrogate modelling construction) requires animportant number of points and therefore the inversion of the covariance matrix becomes timeconsuming. Our approach consists in reducing the number of parameters to estimate using the Partial LeastSquares regression method (PLS). This method provides information about the linear relationshipbetween input and output variables. This information is integrated into the Kriging model kernelwhile maintaining the symmetry and the positivity properties of the kernels. Thanks to this approach,the construction of these new models called KPLS is very fast because of the low number of newparameters to estimate. When the covariance kernel used is of an exponential type, the KPLS methodcan be used to initialize parameters of classical Kriging models, to accelerate the convergence of theestimation of parameters. The final method, called KPLS+K, allows to improve the accuracy of themodel for multimodal functions. The second main contribution of this PhD is to develop a global optimization method to tacklehigh-dimensional problems under a large number of constraint functions thanks to KPLS or KPLS+Kmethod. Indeed, we extended the self adaptive optimization method called "Efficient Global Optimization,EGO" for high-dimensional problems under constraints. Several enriching criteria have been tested. This method allows to estimate known global optima on academic problems up to 50 inputvariables. The proposed method is tested on two industrial cases, the first one, "MOPTA", from the automotiveindustry (with 124 input variables and 68 constraint functions) and the second one is a turbineblade from Snecma company (with 50 input variables and 31 constraint functions). The results showthe effectiveness of the method to handle industrial problems.We also highlight some importantlimitations.

Due to the requirements for high blade loading, modern turbo‐machine blades operate very close to the stall regime. This can lead to flow separation with periodic shedding of vortices, which could lead to self induced oscillations or stall flutter of the blades. Previous studies on stall flutter have focused on flows at high Reynolds number (Re ~ 106). The Reynolds numbers for fans/propellers of Micro Aerial Vehicles (MAVs), high altitude turbofans and small wind turbines are substantially lower (Re < 105). Aerodynamic characteristics of flows at such low Re is significantly different from those at high Re, due in part to the early separation of the flow and possible formation of laminar separation bubbles (LSB). The present study is targeted towards study of stall flutter in a cascade of blades at low Re. We experimentally study stall flutter of a cascade of symmetric NACA 0012 blades at low Reynolds number (Re ~ 30, 000) through forced sinusoidal pitching of the blades about mean angles of incidences close to stall. The experimental arrangement permits variations of the inter‐blade phase (σ) in addition to the oscillation frequency (f) and amplitude; the inter‐blade phase angle (σ) being the phase difference between the motions of adjacent blades in the cascade. The unsteady moments on the central blade in the cascade are directly measured, and used to calculate the energy transfer from the flow to the blade. This energy transfer is used to predict the propensity of the blades to undergo self‐induced oscillations or stall flutter. Experiments are also conducted on an isolated blade in addition to the cascade. A variety of parameters can influence stall flutter in a cascade, namely the oscillation frequency (f), the mean angle of incidence, and the inter‐blade phase angle (σ). The measurements show that there exists a range of reduced frequencies, k (=πfc/U, c being the chord length of the blade and U being the free stream velocity), where the energy transfer from the flow to the blade is positive, which indicates that the flow can excite the blade. Above and below this range, the energy transfer is negative indicating that blade excitations, if any, will get damped. This range of excitation is found to depend upon the mean angle of incidence, with shifts towards higher values of k as the mean angle of incidence increases. An important parameter for cascades, which is absent in the isolated blade case is the inter‐blade phase angle (σ). An excitation regime is observed only for σ values between ‐450 and 900, with the value of excitation being maximum for σ of 900. Time traces of the measured moment were found to be non‐sinusoidal in the excitation regime, whereas they appear to be sinusoidal in the damping regime. Stall flutter in a cascade has differences when compared with an isolated blade. For the cascade, the maximum value of excitation (positive energy transfer) is found to be an order of magnitude lower compared to the isolated blade case. Further, for similar values of mean incidence angle, the range of excitation is at lower reduced frequencies for a cascade when compared with an isolated blade. A comparison with un‐stalled or classical flutter in a cascade at high Re, shows that the inter‐blade phase angle is a major factor governing flutter in both cases. Some differences are observed as well, which appear to be due to stalled flow and low Re.