Développer, à partir de zéro, un drone imitant le vol battu de l'insecte est une tâche ambitieuse et ardue pour un designer en raison du manque de savoir-faire en la matière. Pour en accélérer le développement pendant les phases de design préliminaires, un outil modélisant les phénomènes aéroélastiques du vol de l'insecte est un véritable atout pour le designer et est le sujet de cette thèse. Le cœur de cet outil est un solveur éléments finis 'structure' couplé, en utilisant une approche par tranche, à un modèle aérodynamique quasi-statique du vol de l'insecte prenant en compte la flexibilité de l'aile, à la fois selon l'envergure et la corde, mais aussi ses grands déplacements. L'ensemble est conçu de manière à contenir le coût de calcul tout en étant assez modulaire pour s'adapter à un large panel d'applications. Afin de valider l'intégralité de cet outil, un processus en deux étapes a été entrepris avec d'abord une approche numérique et ensuite une validation expérimentale grâce à un banc de caractérisation dédié. Les résultats du modèle concordent de manière satisfaisante dans les deux cas, capturant l'amortissement dû aux forces aérodynamiques, et ouvrent ainsi la voie à son utilisation pour le design de drones à ailes battantes. Pour démontrer l'intérêt de cette approche lors des phases de design préliminaires, deux applications sur un nano-drone résonant sont réalisées: la définition d'une stratégie d'actionnement efficace et la recherche d'une géométrie d'aile potentiellement intéressante d'un point de vue aérodynamique, en couplant l'outil de modélisation à un algorithme génétique. Les résultats obtenus sont cohérents avec ceux trouvés dans la nature et sont en cours d'implémentation sur le drone. / Developing insect-like flapping-wing drones from scratch is an ambitious and arduous task for designers due to a lack of well-established know-how. To speed up the development of such vehicles through the preliminary design stage, a framework modeling the aeroelastic phenomena encountered in insect flight is an asset and is the subject of this thesis. Its kernel is a FEM based structural solver coupled in a blade-element approach to a quasi-steady aerodynamic model of insect flight accounting for the wing flexibility, both in the spanwise and in the chordwise direction, and for its large displacement. The complete framework is devised so as to maintain the computation load low while being modular enough for a wide range of applications. To validate the overall aeroelastic framework, a two-steps process has been undertaken with in one hand numerical studies and in the other hand experimental ones acquired on a dedicated test bench. The framework computation agrees satisfactorily, capturing the damping due to the aerodynamic force, and thus paves the way for preliminary design applications of a flapping-wing vehicle. To exhibit the capabilities of the framework as a preliminary design tool, two applications on a resonant nano air vehicle are performed: the definition of an efficient actuation strategy and the search of an aerodynamic potentially interesting wing geometry by plugging the framework to a genetic algorithm. The results are coherent with the ones found in nature and are under implementation on the nano air vehicle.

Développer, à partir de zéro, un drone imitant le vol battu de l'insecte est une tâche ambitieuse et ardue pour un designer en raison du manque de savoir-faire en la matière. Pour en accélérer le développement pendant les phases de design préliminaires, un outil modélisant les phénomènes aéroélastiques du vol de l'insecte est un véritable atout pour le designer et est le sujet de cette thèse. Le cœur de cet outil est un solveur éléments finis 'structure' couplé, en utilisant une approche par tranche, à un modèle aérodynamique quasi-statique du vol de l'insecte prenant en compte la flexibilité de l'aile, à la fois selon l'envergure et la corde, mais aussi ses grands déplacements. L'ensemble est conçu de manière à contenir le coût de calcul tout en étant assez modulaire pour s'adapter à un large panel d'applications. Afin de valider l'intégralité de cet outil, un processus en deux étapes a été entrepris avec d'abord une approche numérique et ensuite une validation expérimentale grâce à un banc de caractérisation dédié. Les résultats du modèle concordent de manière satisfaisante dans les deux cas, capturant l'amortissement dû aux forces aérodynamiques, et ouvrent ainsi la voie à son utilisation pour le design de drones à ailes battantes. Pour démontrer l'intérêt de cette approche lors des phases de design préliminaires, deux applications sur un nano-drone résonant sont réalisées: la définition d'une stratégie d'actionnement efficace et la recherche d'une géométrie d'aile potentiellement intéressante d'un point de vue aérodynamique, en couplant l'outil de modélisation à un algorithme génétique. Les résultats obtenus sont cohérents avec ceux trouvés dans la nature et sont en cours d'implémentation sur le drone.

Les roues aubagées sont des composants dont le comportement dynamique est très sensible au désaccordage involontaire causé par les tolérances de fabrication qui rendent les aubes légèrement différentes les unes des autres. Cette sensibilité se traduit généralement par une amplification des vibrations. L'objectif de ce travail de recherche est de proposer de nouvelles méthodologies permettant d'optimiser la conception en vibration des roues aubagées vis à vis du désaccordage involontaire. L'optimisation est faite pour la réponse forcée et sous une contrainte de marge à la stabilité aéroélastique. Dans ce contexte, le désaccordage intentionnel par modification géométrique des aubes est utilisé. Pour réduire les temps de calcul, une nouvelle méthode de réduction de modèles de roues aubagées désaccordées intentionnellement par modification géométrique est développée et validée. La modélisation des incertitudes incluant le désaccordage involontaire, est faite avec une approche probabiliste non paramétrique. Une application à l'optimisation de la conception en vibration d'une roue réelle a finalement été effectuée en deux phases : (1) une optimisation de la répartition des différentes aubes désaccordées intentionnellement sur la roue aubagée et (2) une optimisation du niveau de modification géométrique de ces aubes. Les résultats montrent qu'une conception robuste par désaccordage intentionnel de la roue aubagée a été effectuée

Les roues aubagées de turbomachines sont soumises en fonctionnement `a des sollicitations statiqueset dynamiques, qui peuvent conduire `a des situations de fatigue vibratoire pour des excitationsau voisinage des fréquences de résonance. Ce probléme est aggravé par le désaccordage involontaire,auquel sont sujets les ensembles aubagés notamment du fait des dispersions de fabrication.L’objectif de ce travail de recherche est de proposer une stratégie mixte numérique et expérimentalepermettant de caractériser le comportement dynamique d’une roue d’essai au sein des statistiquesdécrivant une flotte simulée de moteurs en service, en vue de la certification vibratoire. Un modèle numérique fidèle basée sur l’acquisition optique d’une roue expérimentale a été développé; une série d’essais en laboratoire a permis de vérifier sa représentativité. L’exploitation de mesures réalisées en configuration moteur a montré une bonne cohérence globale des niveaux d’amplitude prédits à l’aidedu modèle fidèle. Enfin, la simulation du comportement d’une population de roues désaccordées à l’aide d’une approche probabiliste non-Paramétrique a permis de positionner l’amplitude de réponse maximale rencontrée sur la pièce d’essai par rapport à la valeur théorique obtenue par simulation. La stratégie proposée permet une prédiction des niveaux vibratoires maximaux pour une flotte de rouesen service. / Under operating conditions, turbomachinery blisks are subject to static and dynamic loads which mayresult in High-Cycle Fatigue situations when excited at the neighbourhood of resonant frequencies.Random mistuning, which affects blisks due to machining deviations, turns this issue even morecritical. The objective of the current study is to introduce a numerical-Experimental strategy allowingthe dynamic characterization of an experimental bladed disk with regard to the statistics representingthe simulated behaviour for a population of operating blisks. A high-Fidelity numerical model basedon the optical acquisition of an experimental blisk has been set up. Test series performed in labconditions allowed to verify its coherence. The comparison of the response amplitudes measuredunder operating conditions to the model predictions revealed an acceptable matching between testand simulation data. Finally, a non-Parametric probabilistic approach has been used to predict thetheoretical maximal amplification factor. The maximum amplification factor obtained by means ofsimulation was compared to the amplification factor of the test specimen. The strategy proposed inthis study allows maximum amplification factor predictions for a population of blisks

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés au problème de la stabilité aéroélastique d'une structure au sein d'un écoulement fluide incompressible. La motivation de ce travail est le dimensionnement au vent des ouvrages d'art du génie civil, par l'analyse et la simulation numérique de l'interaction vent-structure. Notre approche consiste à chercher la vitesse de vent minimale permettant, soit de maximiser les effets du vent sur la structure, soit de contraindre la structure à suivre une évolution instable donnée. Après une analyse générale de ces concepts, nous montrons, numériquement, qu'il est possible de contrôler, par une donnée frontière, les trajectoires de l'écoulement d'un fluide incompressible autour d'un profil fixe. Dans une deuxième partie, nous obtenons les systèmes linéarisé et adjoint lorsque le contrôle s'exerce à travers le mouvement du domaine fluide, grâce à de nouveaux outils de dérivation de forme. Finalement dans une troisième partie, nous obtenons le système adjoint associé au problème de suivi d'instabilités pour une structure rigide élastiquement supportée au sein d'un écoulement fluide incompressible, en utilisant une formulation Min-Max. Dans le cas plus complexe d'une structure élastique en grands déplacements, nous obtenons la structure du problème linéarisé, par l'utilisation de la dérivation intrinsèque liée aux perturbations de l'identité.

Les roues aubagées sont des composants dont le comportement dynamique est très sensible au désaccordage involontaire causé par les tolérances de fabrication qui rendent les aubes légèrement différentes les unes des autres. Cette sensibilité se traduit généralement par une amplification des vibrations. L’objectif de ce travail de recherche est de proposer de nouvelles méthodologies permettant d’optimiser la conception en vibration des roues aubagées vis à vis du désaccordage involontaire. L’optimisation est faite pour la réponse forcée et sous une contrainte de marge à la stabilité aéroélastique. Dans ce contexte, le désaccordage intentionnel par modification géométrique des aubes est utilisé. Pour réduire les temps de calcul, une nouvelle méthode de réduction de modèles de roues aubagées désaccordées intentionnellement par modification géométrique est développée et validée. La modélisation des incertitudes incluant le désaccordage involontaire, est faite avec une approche probabiliste non paramétrique. Une application à l’optimisation de la conception en vibration d’une roue réelle a finalement été effectuée en deux phases : (1) une optimisation de la répartition des différentes aubes désaccordées intentionnellement sur la roue aubagée et (2) une optimisation du niveau de modification géométrique de ces aubes. Les résultats montrent qu’une conception robuste par désaccordage intentionnel de la roue aubagée a été effectuée / Bladed disks are components which dynamic behaviour are very sensitive to mistuning induced by the manufacturing process which makes blades differ from one another. This sensitivity increases in general the vibrations. The objective of this research is to propose new methods for optimizing design in vibration of bladed disks with respect to mistuning. Optimization is done for the forced response while keeping a sufficient aeroelastic stability margin. In this context, detuning by modifying geometrically the blades’ shapes is used. To reduce numerical computational costs, a new reduction method for geometrically detuned bladed disks is developed and validate. Uncertainties modeling including mistuning is done with a non-parametric probabilistic approach. An application by optimizing the design in vibration of a realistic bladed disk is finally done in two steps : (1) An optimization of the different detuned blades arrangements around the disk and (2) an optimization of the geometric modification level of blades. The results show that a robust design of the bladed disks has been done using geometric detuning