Au cours des dernières décennies, la possibilité d’exploiter les capacités de vol exceptionnelles des insectes a été à l’origine de nombreuses recherches sur l’élaboration de nano-véhicules aériens (NAVs) à ailes battantes. Cependant, lors de la conception de tels prototypes, les chercheurs doivent analyser une vaste gamme de solutions liées à la grande diversité des insectes volants pour identifier les fonctionnalités et les paramètres adaptés à leurs besoins. Afin d’alléger cette tâche, le but de ce travail est de développer un outil permettant à la fois d’examiner le comportement cinématique et énergétique d’un nano-véhicule aérien à ailes flexibles résonantes, et donc d'évaluer son efficacité. Cet objectif reste néanmoins extrêmement difficile à atteindre car il concerne des objets de très petites tailles. Aussi, nous avons choisi tout d’abord de travailler sur un micro-véhicule aérien (MAV) à ailes battantes. Il s’agit avant tout de valider l’outil de modélisation à travers une comparaison systématique des simulations avec des résultats expérimentaux effectués lors de l’actionnement des ailes, puis au cours du décollage et du vol stationnaire du prototype. Une partie des connaissances et expériences acquises pourra ensuite être utilisée afin de mieux comprendre le fonctionnement et identifier la distribution d'énergie au sein du NAV. Bien que les deux véhicules s’inspirent directement de la cinématique des ailes d'insectes, les mécanismes d'actionnement des ailes artificielles des deux prototypes ne sont pas les mêmes en raison de la différence de taille. Comme le NAV est plus petit, ces ailes ont un mouvement de battement à une fréquence plus élevée que celles du MAV, à l’instar de ce qui existe dans la nature. En conséquence, lorsque l’on passe du MAV au NAV, le mécanisme d’actionnement des ailes doit être adapté et cette différence nécessite d’une part, de revoir la conception, l'approche de modélisation et le processus d'optimisation, et d’autre part, de modifier le procédé de fabrication. Une fois ces améliorations apportées, nous avons obtenu des résultats de simulations en accord avec les tests expérimentaux. Le principal résultat de ce travail concerne l’obtention pour les deux prototypes, le MAV et le NAV, d’une cinématique appropriée des ailes, qui conduit à une force de portance équivalente au poids. Nous avons d’ailleurs démontré que le MAV était capable de décoller et d’avoir un vol stationnaire stable selon l’axe vertical. En tirant parti des modèles basés sur le langage Bond Graph, il est également possible d'évaluer les performances énergétiques de ces prototypes en fonction de la dynamique de l'aile. En conclusion, cette étude contribue à la définition des paramètres essentiels à prendre en compte lors de la conception et l'optimisation énergétique de micro et nano-véhicules à ailes battantes. / In recent decades, the prospect of exploiting the exceptional flying capacities of insects has prompted much research on the elaboration of flapping-wing nano air vehicles (FWNAV). However, when designing such a prototype, designers have to wade through a vast array of design solutions that reflects the wide variety of flying insects to identify the correct combination of parameters to meet their requirements. To alleviate this burden, the purpose of this work is to develop a suitable tool to analyze the kinematic and power behavior of a resonant flexible-wing nano air vehicle. The key issue is evaluating its efficiency. However, this ultimate objective is extremely challenging as it is applied to the smallest flexible FWNAV. However, in this work, we worked first with a flapping-wing micro air vehicle (FWMAV) in order to have a tool for the simulation and experimentation of wing actuation, take-off and hovering. Some of the knowledge and experience acquired will then be transferred to better understand how our FWNAV works and identify the energy, power distribution. Although both of the vehicles employ the insect wing kinematics, their wings actuation mechanisms are not the same due to their sizes difference. Since the FWNAV is smaller, their wings flap at a higher frequency than the FWMAV as inspired by nature. As a consequence, from MAV to NAV, the wing actuation mechanism must be changed. Throughout this work, it can be seen clearly that this difference affects the whole vehicles development including the design, the manufacturing method, the modeling approach and the optimizing process. It has been demonstrated that the simulations are in good correlation with the experimental tests. The main result of this work is the proper wing kinematics of both FWMAV and FWNAV which leads to a lift to the weight ratio bigger and equal to one respectively. The FWMAV is even success to take-off and vertically stable hover. Moreover, taking advantage of the Bond Graph-based models, the evolution power according to the wing dynamic and the efficiency of the subsystem can be evaluated. In conclusion, this study shows the key parameters for designing and optimizing efficiency and the lift generated for two flapping wing vehicles in different size regimes.

Dans cette thèse, nous questionnons l'impact du terrorisme international et des mesures de sûreté sur le comportement des usagers du réseau de transport aérien mondial. A l'aide d'un modèle économétrique, nous analysons une base de données inédite, AirNetTerror, composée de l'ensemble des vols internationaux à destination des Etats-Unis de 1990 à 2006, et des données du terrorisme international par pays sur cette période. La pertinence de notre travail est double. D'une part, nos interrogations sur les comportements des voyageurs et leurs éventuelles substitutions d'itinéraires en lien avec le terrorisme international n'ont, à notre connaissance, jamais été traitées. D'autre part, en abordant le transport aérien sous l'angle du réseau, nous proposons une vision dynamique des répercussions des comportements des usagers en lien avec la menace terroriste et les mesures de sûreté. En particulier, la prise en compte de la situation de sûreté interdépendante régissant le réseau aérien mondial nous permet de questionner l'existence de failles dans les mesures de sûreté. Nos résultats soulignent l'impact avéré et significatif des événements du terrorisme international, mais aussi des mesures de sûreté sur le réseau de transport aérien mondial. De plus, nous observons localement des substitutions d'itinéraires des voyageurs aériens en lien avec ces phénomènes. Ainsi, l'effet combiné de la menace terroriste internationale et des mesures de sûreté semble être à l'origine de ruptures d'équilibre, certes limitées mais réelles, des flux de passagers du réseau de transport aérien mondial. Notre thèse, parce qu'elle place le comportement du voyageur au centre des interactions stratégiques entre les acteurs de la sûreté et les terroristes, permet d'apporter une vision inédite de l'impact du terrorisme international sur le transport aérien.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

L'augmentation grandissante du trafic aérien rend le travail des contrôleurs aériens de plus en plus ardu, spécialement en ce qui a trait aux tâches de résolution de conflits et de séquençage d'avions en arrivée. L'automatisation de la résolution de conflits et du séquençage reste toujours un problème ouvert aujourd'hui. L'automatisation de ces deux problèmes permettrait d'une part de mieux modéliser le comportement des contrôleurs aériens dans un simulateur de vol, ou d'améliorer les outils de gestion du trafic aérien. Les caractéristiques combinatoires de ces problèmes conduisent à l'utilisation de techniques numériques stochastiques, plus spécifiquement des algorithmes évolutionnaires. De plus, les nombreux paramètres intervenant dans une situation de gestion de trafic aérien incitent à l'utilisation d'algorithmes multiobjectif. Dans un premier temps, un algorithme génétique multiobjectif (SPEA-MOD) et un algorithme de colonies de particules (PSO-MO) également multiobjectif ont été développés. Ces deux algorithmes ont été comparés à des problèmes multiobjectif contraints et non-contraints. Les résultats ont montré que SPEA-MOD et PSO-MO sont en général supérieurs à ce que l'on rapporte dans la littérature. Dans un deuxième temps, les deux algorithmes ont résolu plusieurs situations conflictuelles de la phase de vol en route (régime de croisière). Les instructions fournies par les algorithmes peuvent être en deux ou en trois dimensions. Les objectifs et les contraintes représentent des paramètres tels que la minimisation d'instructions fournies aux avions et une séparation minimale entre les avions. De ces solutions numériques réalisées, l'algorithme SPEA-MOD s'est avéré particulièrement efficace à des problèmes fortement contraints. Une modélisation novatrice de trajectoires complexes a permis de résoudre des problèmes de séquençage d'avions dans la phase d'arrivée. Le séquençage d'avions en arrivée par un algorithme évolutionnaire fut réalisé pour la première fois dans le cadre de cette recherche. Cette modélisation a également rendu possible la résolution de conflits de deux flux d'avions se croisant.

De 1987 à 1997, le transport aérien intra-européen a connu un bouleversement institutionnel sans précé-dent avec sa libéralisation, c’est-à-dire le passage d’un environnement très régulé et contraint par les États à un environnement libéral. Au terme de ce processus, toute compagnie communautaire peut opérer n’importe quel vol intra-communautaire et les aides d’État sont interdites, obligeant les compagnies à être financière-ment rentables. La liberté d’accès au marché et l’impératif de rentabilité sont de nature à faire évoluer la géographie des réseaux et donc la desserte des ré-gions européennes par le biais de différentes dynami-ques (développement ou rationalisation des compagnies préexistantes, émergence de nouvelles compagnies, faillites, réorganisation des services publics,…). La libéralisation du ciel européen a effectivement conduit à soumettre l’essentiel de l’offre intra-européenne aux « lois du marché », les services publics étant devenus résiduels (moins de 5% des sièges intra-européens). Pour autant, la concurrence à l’échelle des lignes n’est pas devenue la norme. Elle a certes aug-menté, en particulier sur des grandes lignes domesti-ques jadis très protégées, sur les principales lignes européennes entre régions métropolitaines et sur les lignes nord – sud à vocation touristique. Cependant, le développement de nombreuses nouvelles lignes exploi-tées par une seule compagnie a paradoxalement aug-menté le nombre et la part des monopoles de fait. De nombreuses concurrences n’ont lieu qu’indirectement, soit au travers de filiales étrangères (par exemple Spa-nair appartenant à SAS), soit par des compagnies low-cost opérant depuis des aéroports secondaires plus éloignés des grandes agglomérations européennes (par exemple Hahn au lieu de Francfort). Entre 1991 et 2005, la desserte de l’espace européen libéralisé connaît d’importantes évolutions. D’une part, le volume de l’offre (en sièges) est presque multiplié par deux (+85%, +81% si l’on se limite aux vols intra-européens), soit un taux de croissance annuel moyen de 5,6%. Cette croissance concerne plus l’offre interna-tionale que nationale, qui l’emporte maintenant sur la seconde. D’autre part, la dynamique d’ouverture et de fermeture de lignes est spectaculaire : 1308 créations contre 459 disparitions, si bien que le nombre total de lignes a augmenté de moitié et que le réseau européen actuel est un réseau pour moitié renouvelé par rapport à celui de 1991. Cependant, le poids en sièges des lignes héritées est de 8/10. Le réseau européen actuel est donc quantitativement toujours dominé par les relations historiques, qui constituent l’armature de la desserte aérienne européenne. Les espaces touristiques balnéaires méridionaux ont capté une grande partie de cette croissance (3/10 des nouvelles liaisons, ¼ de l’augmentation générale du nombre de sièges). Si l’on y ajoute le tourisme urbain, on observe très clairement une banalisation du tou-risme aérien. Une typologie évolutive des réseaux à l’échelle des compagnies a révélé des stratégies différenciées et donc des impacts variés en termes de desserte des territoires. Les grandes compagnies nationales ont généralement fortement développé leur offre tout en la concentrant plus encore sur leurs bases aéroportuaires traditionnelles organisées en hubs. Parfois, un second hub a dû être créé pour contourner des problèmes de saturation (Munich en plus de Francfort) ou mieux coller à la demande (Milan en plus de Rome). Les compagnies classiques ont aussi pris des participations dans des petites compagnies afin de pénétrer plus facilement, et à moindre coût, des marchés étrangers. Ces filiales — et leurs réseaux — ont parfois été converties en opéra-teurs régionaux alimentant les grands hubs. Par ail-leurs, diverses petites compagnies ont pu se développer à l’échelle européenne, sortant souvent de leur cadre national classique. Ces développements se sont tantôt faits au bénéfice des villes « de province » (en particu-lier en Grande-Bretagne), tantôt par concentration sur la capitale (en particulier dans les pays où les villes de province ont peu de poids économique et démographi-que). Enfin, des compagnies charters ont transformé leur offre en offre régulière, la rendant plus ouverte au public, au profit des zones touristiques méridionales qui sont ainsi plus facilement accessibles. Mais la plus spectaculaire évolution est sans doute le développement des compagnies low-cost. Celles-ci sont responsables de 4/10 de la croissance de l’offre (en sièges) sur la période 1995-2004 ; elles sont aussi mêlées à 3/10 des nouvelles lignes européennes ouver-tes entre 1991 et 2005. Leurs réseaux renforcent les liaisons entre régions métropolitaines et entre celles-ci et les destinations touristiques. En outre, les régions subcentrales leur doivent la moitié de leur desserte et presque toute leur croissance. De nombreux petits aéroports leur doivent l’essentiel, voire la totalité, de leur desserte et de leur croissance, en particulier dans les régions subcentrales et intermédiaires. Ceci a consi-dérablement modifié les rapports entre compagnies et gestionnaires d’aéroports, plaçant ces derniers dans un rapport de forces qui ne leur est pas toujours favorable. Ces dynamiques viendraient presque faire oublier les décroissances. D’une part, des faillites ont parfois eu un effet négatif marqué sur la desserte des villes, comme nous l’avons en particulier montré pour Bruxelles avec la faillite de la Sabena. D’autre part, les services publics subventionnés semblent être en régression, bien que l’analyse détaillée du cas français montre que la géo-graphie des services publics antérieurs à la libéralisation découlait parfois plus d’exigences politiques locales que de besoins réels. A l’échelle régionale, l’analyse des évolutions par types économiques régionaux montre qu’au-delà de taux de croissance très variés et malgré toutes les dynamiques étudiées, la répartition de l’offre est demeurée assez constante : il n’y a pas de remise en cause de la hiérar-chisation de l’espace européen. Les régions métropoli-taines continuent en effet à polariser une très grande partie de l’offre et sont toujours les points de passage quasi-obligés pour les vols intercontinentaux. Un niveau en dessous, les régions centrales disposent toujours d’une offe honorable, quoique limitée à l’Europe et ses marges. Les régions subcentrales profitent d’une « décompression » des régions métropolitaines et cen-trales et de la dynamique low-cost. Les capitales des pays ex-communistes connaissent un rattrapage et sont repolarisées par l’Europe occidentale. Les périphéries touristiques connaissent un important développement mais pèsent peu globalement. Les autres périphéries et les espaces intermédiaires tendent à se marginaliser, victimes de trop faibles densités économiques et démo-graphiques et d’une contraction des services publics aériens. Enfin, si le développement de lignes transversales entre petites villes est une réalité, leur poids est avant tout local. Celles-ci pèsent en effet peu globalement.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Face à un risque terroriste nécessitant de maintenir les réseaux de transport aérien « à un haut niveau de vigilance », la sûreté de l’aviation civile, définie comme la « combinaison des mesures et des ressources humaines et matérielles visant à protéger l’aviation civile contre les actes d’intervention illicite », est un enjeu majeur en France.La communautarisation du domaine au lendemain des attentats du 11 septembre 2001 – se traduisant notamment par l’obligation pour les Etats membres d’élaborer et de mettre en œuvre un programme national de contrôle de la qualité de la sûreté – et la participation accrue des opérateurs du transport aérien à la mise en œuvre des mesures de sûreté (co-production de la sûreté) ont progressivement amené l’Etat français à se recentrer, en la matière, sur sa fonction de surveillance de ces opérateurs. Cette évolution du rôle de l’Etat ne pouvait que s’appuyer sur une évolution du droit de l’aviation civile et plus largement du droit public permettant de garantir l’efficacité des activités de surveillance, tout en conciliant les impératifs de sûreté avec les droits et garanties des personnes impliquées dans la mise en œuvre des mesures de sûreté. L’agrément de sûreté des personnes morales et la certification des personnes physiques sont l’expression juridique de cette évolution. L’étude de ces deux techniques juridiques permet alors de montrer le caractère dynamique d’une surveillance devant constamment s’adapter aux évolutions des modes d’exploitation des opérateurs, des risques représentés par leurs activités, des principes des facteurs humains et celles des menaces pesant sur l’aviation civile. / Facing a terrorist threat that requires to keep air transport networks “at a high level of vigilance”, civil aviation security, which is defined as “the combination of measures and human and material resources intended to safeguard civil aviation against acts of unlawful interference”, is a major challenge in France.The communitisation of this field in the aftermath of the events of 11 September 2001 – which led in particular to the obligation of developing and implementing a national civil aviation security quality control programme – and the increased involvement of air transport operators in the implementation of security measures (the co-production of security) have gradually prompted the French State to refocus its security activities on the monitoring of these operators. This evolution of the role of the State required an evolution of civil aviation law and public law to ensure the effectiveness of monitoring activities while reconciling security requirements with the rights and guarantees of the persons involved in the implementation of security measures. The security approval of legal entities and the certification of natural persons are the legal expression of this evolution. The study of these legal techniques demonstrates that oversight is a dynamic process, constantly adapting to changes in operating procedures and processes, risks posed by air transport operators activities, human factors principles and the threats to civil aviation.

La recherche d’aide est une stratégie qui peut améliorer l’apprentissage et la réussite scolaire. Malgré ce constat, la littérature montre que les étudiants ou élèves décident fréquemment de ne pas rechercher de l’aide. Par ailleurs, dans le domaine de l’aéronautique, peu d’études ont été consacrées à la formation des contrôleurs aériens, qui jouent un rôle central dans le système de régulation du trafic aérien. Étant donné que la performance humaine est classiquement considérée comme un facteur qui contribue à la majorité des incidents et accidents aériens, l’enjeu de ces formations est majeur. L’objectif de cette thèse est double: au plan général, comprendre pourquoi les étudiants décident de ne pas rechercher de l’aide alors que la tâche à réaliser n’est pas à leur portée. Cela relève-t-il d’une décision rationnelle? Quels sont les coûts impliqués? Au plan particulier, vérifier si ce problème existe aussi dans l’environnement d’apprentissage des contrôleurs aériens et si les mêmes conclusions concernant la décision de rechercher ou non de l’aide peuvent être tirées. En ayant pour base un modèle rationnel de prise de décision, dans lequel la décision est une fonction des coûts, de la probabilité et des bénéfices, quatre expériences ont été menées: trois dont les participants étaient des étudiants universitaires et une avec les élèves contrôleurs aériens. Les résultats montrent que les étudiants hésitent à demander de l’aide quand elle est objectivement coûteuse; que le temps consommé en l’utilisant n’est pas considéré comme un coût; et que les étudiants sont prêts à demander de l’aide même quand elle n’est pas assurément utile. En outre, il y a un coût social impliqué dans la décision de rechercher de l’aide: la présence d’un expert baisse les taux de recherche d’aide, notamment quand la tâche est considérée comme facile. Les données de la quatrième expérience suggèrent que le coût social n’impacte pas la décision des élèves contrôleurs d’utiliser les aides. / Learners who encounter difficulties can improve learning and achievement by seeking help. However, literature shows that students frequently decide to not seek help. In aeronautics domain, few studies were dedicated to the training of air traffic controllers, who play an important role in the air traffic regulation system. Given that the human performance is traditionally considered a factor that contributes to the majority of incidents and accidents in aviation, the challenge of their training is greater. This thesis has two goals: generally, understand why students decide not to seek help while the task they have to realize is beyond their reach. Is this a rational decision? What are the costs involved? Specifically, to verify if this issue also exists in the context of air traffic controller training and if we find the same conclusions about help-seeking decision. Based on a rational decision model, where the decision is a function of costs, expectancies and benefits, four experiences were conducted: three of them in a general context, having university students as participants, and an experience with air traffic controllers’ students. Results show that students hesitate to seek help when it is objectively costly; the time consumed to seek help is not considered as a cost; and that students are ready to seek help even when its utility is not assured. Besides, there is a social cost implicated in the decision to seek help: the presence of an expert reduces the levels of help-seeking, particularly when the task is considered easy. The results of the fourth study suggest that the social cost adversely do not have an effect in the decision of air traffic controller students of using all help tools, but the difficulty of the exercise may affect the decision of seeking some kinds of help.

La mesure de l'apport de l'intermodalité aéro-ferroviaire à grande vitesse au rayonnement métropolitain est au cœur de la problématique sur les relations entre les réseaux et les territoires. Dans le contexte de la construction des espaces de coopérations métropolitaines basées sur des réseaux de villes et une organisation polycentrique, le raisonnement n'est-il pas modifié vers l'inscription de l'espace métropolitain dans sa globalité au cœur d'un système de transport intégré ? L'hypothèse générale s'inscrit dans l'aphorisme suivante les grandes vitesses créent la métropole mais également les espaces métropolitains. La thèse introduit l'idée que pour rendre compte de l'ouverture des espaces métropolitains, un raisonnement multi-échelles et multimodal est nécessaire pour interroger le système de transport intégré des grandes vitesses et insérer une logique intermodale. L'intermodalité aéro-ferroviaire à grande vitesse analysée dans une gamme de configurations à travers la mobilisation d'indicateurs d'accessibilité horaire montre une diffusion des possibilités d'ouverture métropolitaine. Elle propose une nouvelle représentation des liens entre grandes vitesses et territoires remettant en cause les mesures du rayonnement des villes basé sur la possession d'une infrastructure aéroportuaire et le potentiel d'échanges des villes à partir de cette seule infrastructure.

Le contrôle aérien doit faire face à une forte intensification du trafic aérien. Dans cette situation, la problématique de la charge mentale chez les contrôleurs aériens est une préoccupation majeure pour maintenir le niveau de sécurité actuel. Le système d'aide automatisé ERASMUS a été élaboré afin de réduire la charge mentale chez les contrôleurs aériens. L'objectif d'ERASMUS est de compenser les effets liés à l'intensification du trafic en réduisant de manière subliminale la charge mentale associée à l'augmentation des conflits potentiels. L'objectif principal de cette thèse est de proposer pour la première fois une mesure objective de l'impact du système d'aide ERASMUS sur la charge mentale des contrôleurs aériens. La réalisation de cet objectif a nécessité le développement d'une plateforme originale d'enregistrement et de traitement des mouvements oculaires non intrusive dans un environnement de simulation hautement fidèle. Les mouvements oculaires d'un groupe de contrôleurs aériens experts ont été enregistrés. En accord avec l'hypothèse d'ERASMUS, les résultats ont montré des effets de tailles moyennes à grandes sur l'amplitude des saccades, le temps moyen passé sur les aéronefs et sur la distribution de l'attention allouée à la scène visuelle. De plus, sans ERASMUS, l'augmentation de la densité du trafic a augmenté de manière significative les diamètres pupillaires. A l'opposé, quand ERASMUS est actif, l'intensification du trafic n'a pas impacté significativement les diamètres pupillaires. Nous discutons l'impact d'ERASMUS sur la charge mentale ainsi que l'utilisation des mesures oculométriques dans un environnement de simulation écologique de contrôle aérien.