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Cette recherche s’inscrit dans le domaine de la fiabilité des systèmes sociotechniques complexes, et vise à développer une nouvelle approche des arbitrages entre performance et sécurité : l’ingénierie de la résilience. La capacité des systèmes à risques à résister aux perturbations dépend, en dernière analyse, des acteurs de ces systèmes. Ceux-ci doivent réaliser des arbitrages entre des critères qui peuvent entrer en conflit : critères économiques immédiats (assurer la performance commerciale, par exemple), critères de sécurité (renoncer à satisfaire l’objectif immédiat de production). La thèse porte sur l’activité d’opérateurs d’une compagnie aérienne, en charge de répondre en temps réel à des appels d’équipages d’avions, qui signalent une complainte technique. Celle-ci peut-elle être traitée immédiatement : est-elle bénigne ou, au contraire, doit-elle conduire à l’annulation du vol concerné ? La thèse défendue est que, dans un système ultra sûr et ultra réglé, les conflits entre performance et sécurité se produisent lorsque la « sécurité gérée » rentre en conflit avec la « sécurité réglée ». Pour défendre cette thèse, trois études empiriques ont été mises en œuvre. Ainsi, plusieurs méthodes ont été utilisées en combinaison : l’observation et l’analyse de l’activité, la simulation d’activité, les questionnaires et les autoconfrontations.Les résultats obtenus ont permis, dans un premier temps, d’objectiver les arbitrages entre performance et sécurité, puis dans un second temps, d’identifier les critères qui président à ces arbitrages et d’expliciter les processus qui les sous-tendent. Ces résultats permettent, d’une part, de proposer des solutions acceptables telles que le retour d’expérience par la confrontation des pratiques, et d’assimiler la « sécurité gérée » comme un sous-ensemble de la « sécurité réglée », et d’autre part, de dépasser notre vision négative des violations, en les assimilant à une forme d’intelligence des opérateurs dans l’action. / This research is in the field of reliability of complex socio-technical systems and aims to develop a new approach to allow trade-offs between performance and safety: engineering resilience. The ability of systems to cope with disturbances ultimately depends on the operators of these systems. They must make trade-offs between criteria that may conflict: immediate economic criteria (i.e. to ensure business performance), safety criteria (i.e. give up to meet the immediate production objective). The thesis focuses on the activity of an airline’s operators, in charge of assistance via telephone for aircrew who report a technical complaint. It can be treated immediately; is it benign, or conversely should it lead to the cancellation of the flight?The thesis assumes that in an ultra-safe and ultra rule-based system, conflicts between safety and performance occur when the "rule-based safety" conflicts with "adaptative safety". To defend this thesis, three empirical studies have been implemented. Thus, several methods were used in combination: observation and activity analysis, simulation of activities, questionnaires and auto-confrontation.The results obtained allowed at first to objectify the trade-offs between performance and safety, then in a second instance to identify the criteria governing such trade-offs and explain the processes that underlie them.These results permit, on one hand, to propose acceptable solutions such as the feedback by comparing the practices and assimilate the “adaptative safety” as a subset of “rule-based safety”, and on the other hand to overcome our negative view of violations by treating them as a form of operators’ intelligence in action.

L'emploi de véhicules aériens sans pilote pour surveiller l'environnement entourant les navires militaires est une avenue intéressante pour contrecarrer des menaces potentielles. Cet ouvrage présente le banc d'essais développé pour l'évaluation et l'analyse comparative d'algorithmes de surveillance de cible. Un système vidéo commercial de poursuite de cible a été intégré à un système "hardware in the loop" (HIL) d'avion sans pilote afin de retrouver la position d'une cible dans un environnement virtuel 3D. La démarche pour l'évaluation de la position de la cible est présentée. Le système HIL utilisé, les modifications matérielles et logicielles apportées ainsi que la performance du système sont décrits. Des algorithmes de surveillance allant des plus simples comme la navigation circulaire aux plus complexes basés sur la commande prédictive sont présentés, simulés sur le système HIL et comparés. Les résultats de cette analyse permettent d'établir les lignes directrices d'une stratégie de guidage efficace.

L’usage des outils de modélisation numérique dans la simulation des différents procédés de mise en forme est, de nos jours, un incontournable. L’industrie du forgeage, avec des logiciels de calcul et simulation très avancés tels que Forge ou Abaqus utilisés dans de nombreuses études et thèses, est en mesure d’assurer un bon contrôle des paramètres (paramètres procédé et paramètres matériau), ce qui permet la production de pièces de haute qualité, à géométrie complexe et très compétitives. La simulation numérique avec l’aide de méthodes appropriées comme ALE (Arbitrairement Eulérien Lagrangien) et SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) qui seront abordées dans le rapport, permet de réduire considérablement le temps et les coûts grâce aux procédés d’optimisation et de prototypage virtuel. Avec l’intégration des lois de comportement adaptées pour chaque cas dans les processus de mise en forme et le contrôle des paramètres du procédé, la simulation offre des résultats d’une grande précision pour des procédés tels que l’usinage et le forgeage, qui fait l’objet de notre étude. En partenariat avec Héroux-Devtek, notre travail porte sur la simulation de la mise en forme d’une composante d’un train d’atterrissage d’avion en aluminium par forgeage à chaud à matrices fermées. Cette étude nécessite une bonne compréhension de la cinématique des outils et des propriétés du matériau avant et lors de la mise en forme. Pour cela, une étude paramétrique pour vérifier l’importance de chaque paramètre sur les résultats finaux sera effectuée. Les logiciels de simulation utilisés sont Abaqus explicite et Ls-dyna. Les différentes analyses effectuées dans cette étude ont permis de développer une méthodologie d’analyse ainsi qu’une première bonne approximation de la mise en forme de la composante du train d’atterrissage et d’identifier les paramètres permettant de mieux contrôler le procédé et d’améliorer les résultats de simulation. Mots-clés : Forgeage à chaud, ALE, SPH, MEF, aluminium, train d’atterrissage / The use of numerical modeling tools in the simulation of different methods of forming is nowadays a must. The forging industry, thanks to advanced calculation and simulation softwares such as Forge or Abaqus used in many studies and theses, can take advantage of good control settings (process and material parameters) that enable the production of high quality pieces, with complex geometry and highly competitive. Numerical simulation with the help of appropriate methods as ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) and SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) that will be addressed in the report , can significantly reduce the time and costs through process optimization and virtual prototyping. With the integration of material laws adapted for each case during the forming process and the control of process parameters, simulation results are highly accurate for processes such as machining and forging, which is the subject of our study. In partnership with Héroux-Devtek, our work focuses on the simulation of the manufacturing of an aircraft landing gear component in aluminum by hot closed-die forging. This study requires a good understanding of the kinematics of tools, and material properties before and during the forming process. Thus, a parametric study to test the importance of each parameter on the final results will be done. Simulation softwares that will be used are Abaqus explicit and Ls-dyna. The analyses conducted in this study were used to develop an analysis methodology, to find a good first approximation of the forging simulation of the component of the landing gear and to identify parameters that allow for better simulation results. Keywords: Hot forging, ALE, SPH, FEM, aluminum, landing gear

Cette thèse traite le développement d'un modèle mathématique d'optimisation acoustique des trajectoires de vol de deux avions commerciaux en approche sous contrainte énergétique, aérodynamique et opérationnelle. C'est un modèle analytique de contrôle optimal non-linéaire et non-convexe régi par un système d'équations différentielles ordinaires issues de la dynamique de vol et des contraintes associées. Notre contribution porte sur la modélisation mathématique des équations, l'optimisation et la programmation algorithmique d'un modèle d'optimisation non-linéaire du bruit de deux avions en approche simultanée. Les points abordés sont le développement mathématique du modèle 3D "exact" de leur dynamique de vol, la modélisation mathématique de la commande optimale de ce système dynamique, l'introduction de la consommation du carburant par les avions comme une équation différentielle avec une fonction consommation spécifique variable en fonction de l'évolution de leur dynamique, la modélisation mathématique instantanée de la fonction objectif représentant le bruit global des deux avions en approche. Sa résolution porte sur la méthode directe de programmation séquentielle quadratique avec régions de confiance sous AMPL et KNITRO. Une méthode indirecte a été appliquée sous le principe de maximum de Pontryagin suivie d'une discrétisation de type Runge-Kutta partition-née symplectique d'ordre 4 afin de démontrer la commutation entre l'approche directe et l'approche indirecte. Les résultats obtenus confirment des trajectoires optimales en descente continue, réduisant le bruit au sol ainsi que la consommation de kérosène de deux avions

Cette thèse traite de solutions innovantes pour la génération d'énergie électrique dans les avions : elles s'appuient sur des architectures autonomes utilisant des machines telles que la machine asynchrone à double alimentation (MADA) et la machine synchrone à double excitation (MSDE) suivant le format électrique envisagé (courants alternatifs à fréquence fixe ou variable ou encore courant continu)

Lors de la tolérance aux dommages en fatigue de structures aéronautiques, l'estimation des vitesses de propagation de fissures existantes permet d'évaluer la tenue résiduelle de la structure et de définir des intervalles d'inspection et de réparations éventuelles. Une analyse complète ne pouvant être menée sur un modèle éléments finis dit « boulon par boulon », des analyses détaillées sont réalisées dans les zones fissurées et incluses dans un modèle général grossier de l'avion. Dans ce travail, une stratégie de calcul multiéchelle répondant à la problématique d'analyse locale globale pour le suivi de fissure et permettant de lever les difficultés de maillage est proposée. Deux techniques sont mises en synergie : une approche multiéchelle basée sur une méthode de décomposition de domaine pour traiter efficacement la localisation des déformations dans la zone fissurée et une technique d'enrichissement local, la X-FEM, pour décrire la géométrie de la fissure indépendamment du maillage.

L'objectif de cette thèse est de mettre en place une méthodologie et les outils associés en vue d'harmoniser le processus de construction des modèles de performances et de qualités de vol. Pour ce faire, des techniques de réduction de modèles ont été élaborées afin de satisfaire des objectifs industriels contradictoires de taille mémoire, de précision et de temps de calcul. Après avoir établi une méthodologie de construction de modèles réduits et effectué un état de l'art critique, les Réseaux de Neurones et le High Dimensional Model Representation ont été choisis, puis adaptés et validés sur des fonctions de petite dimension. Pour traiter les problèmes de dimension supérieure, une méthode de réduction basée sur la sélection optimale de sous-modèles réduits a été développée, qui permet de satisfaire les exigences de rapidité, de précision et de taille mémoire. L'efficacité de cette méthode a finalement été démontrée sur un modèle de performances des avions destiné à être embarqué. / The objective of this thesis is to provide a methodology and the associated tools in order to standardize the building process of performance and handling quality models. This typically leads to elaborate surrogate models in order to satisfy industrial contrasting objectives of memory size, accuracy and computation time. After listing the different steps of a construction of surrogates methodology and realizing a critical state of the art, Neural Networks and High Dimensional Model Representation methods have been selected and validated on low dimension functions. For functions of higher dimension, a reduction method based on the optimal selection of submodel surrogates has been developed which allows to satisfy the requirements on accuracy, computation time and memory size. The efficiency of this method has been demonstrated on an aircraft performance model which will be embedded into the avionic systems.

Au cours des 30 dernières années, il s'est produit un accroissement important de la demande et de la mise à disposition des transports aériens. Alors que l'on reconnaît, d'une manière générale, l'importance fondamentale de ce mode de transport pour les sociétés et les économies modernes, il retient de plus en plus l'attention de la classe politique par les effets secondaires néfastes qu'il engendre. En effet, les transports aériens sont aussi sources d'externalités environnementales négatives, en particulier la pollution sonore, qu'il convient d'évaluer pour pouvoir mettre en place des politiques correctives (taxes, compensation, etc.).Dans ce contexte, la dépréciation des valeurs immobilières ainsi que le risque de ségrégation sociale susceptible d'être causé par le bruit des avions tiennent un rôle croissant dans les réflexions, qui figurent parmi les préoccupations majeures avec les questions relatives à la santé des riverains. Depuis plusieurs années, de nombreuses études ont été menées dans ces domaines, à l'étranger. Cependant, à ce jour, en France, lesétudes sont encore rarissimes. Cette thèse a donc pour objet de: a) analyser et mesurer les impacts des plateformes aéroportuaires sur les valeurs immobilières et identifier les variables influentes (bruit des avions, distance à l'aéroport, etc.), b) analyser l'éventuelle situation d'inégalité sociale face à l'exposition au bruit des avions ; c) fournir un outil opérationnel et pérenne d'aide à la décision par la création d'un observatoire.Pour atteindre ces objectifs, une méthodologie pluridisciplinaire combinant compétences économiques (méthode des prix hédoniques) et géographique (SIG) a été développée. La principale originalité de cette thèse réside dans sa démarche comparative au niveau national, mettant en exergue les spécificités des différents territoires étudiés. Les territoires d'investigation couvrent toutes les communes situées dans ou à proximité immédiate des zones de bruit (plan d'exposition au bruit ou PEB) de chaque aéroport concerné. Les aéroports étudiés concernent aussi bien les aéroports parisiens (à savoir : Paris Charles-de-Gaulle et Paris-Orly), ainsi que ceux de provinces (Lyon Saint-Exupéry et Toulouse- Blagnac). / Over the past 30 years, there has been a significant increase in the air transportation demand and supply. While the fundamental importance of this mode of transport, for modern societies and economies, are generally recognized, it attracts increasing attention from the political class, because of the negative side effects to which it leads. Indeed, air transports cause also negative environmental externalities, in particular noise pollution, which should be evaluated in order to implement corrective policies (taxes, compensation, etc.).In this context, the depreciation of property values and the risk of social segregation caused by aircraft noise have a growing role in the discussions, which are among the major concerns with the health issues of local residents. For several years now, many studies have been conducted in these areas, abroad. Currently, however, studies are still rare in France.Therefore, this thesis aims to: a) analyze and measure the impact of airport platforms on property values and identify the influential variables (aircraft noise, distance to the airport, etc.), analyze possible social inequality in relation to exposure to aircraft noise, c) provide an operational and sustainable decision support tool by setting up an observatory.To address these objectives, a multidisciplinary methodology combining economic (hedonic price method) and geographic (GIS) expertise has been developed. The main originality of this thesis lies in its comparative approach on a national level, highlighting the specificities of the different territories studied. The territories studied cover all communes located in or close to the noise zones (noise exposure map “Plan d'Exposition au Bruit (PEB)”) of each airport concerned. The airports studied concern both Paris airports (Paris- CDG and Paris-Orly), as well as those of provinces (Lyon Saint-Exupery and Toulouse-Blagnac).

Cette thèse concerne les systèmes de surveillance des turboréacteurs. Le développement de tels systèmes nécessite une phase d’évaluation et d’optimisation des performances, préalablement à la mise en exploitation. Le travail a porté sur cette phase, et plus précisément sur les performances des fonctions de détection et de pronostic de deux systèmes. Des indicateurs de performances associés à chacune de ces fonctions ainsi que leur estimation ont été définis. Les systèmes surveillés sont d’une part la séquence de démarrage pour la fonction de détection et d’autre part la consommation d’huile pour la fonction de pronostic. Les données utilisées venant de vols en exploitation sans dégradations, des simulations ont été nécessaires pour l’évaluation des performances. L’optimisation des performances de détection a été obtenue par réglage du seuil sur la statistique de décision en tenant compte des exigences des compagnies aériennes exprimées en termes de taux de bonne détection et de taux d’alarme fausse. Deux approches ont été considérées et leurs performances ont été comparées pour leurs meilleures configurations. Les performances de pronostic de surconsommations d’huile, simulées à l’aide de processus Gamma, ont été évaluées en fonction de la pertinence de la décision de maintenance induite par le pronostic. Cette thèse a permis de quantifier et d’améliorer les performances des fonctions considérées pour répondre aux exigences. D’autres améliorations possibles sont proposées comme perspectives pour conclure ce mémoire / This thesis deals with monitoring systems of turbojet engines. The development of such systems requires a performance evaluation and optimization phase prior to their introduction in operation. The work has been focused on this phase, and more specifically on the performance of the detection and the prognostic functions of two systems. Performances metrics related to each of these functions as well as their estimate have been defined. The monitored systems are, on the one hand, the start sequence for the detection function and on the other hand, the oil consumption for the prognostic function. The used data come from flights in operation without degradation, simulations of degradation were necessary for the performance assessment. Optimization of detection performance was obtained by tuning a threshold on the decision statistics taking into account the airlines requirements in terms of good detection rate and false alarm rate. Two approaches have been considered and their performances have been compared for their best configurations. Prognostic performances of over oil consumption, simulated using Gamma processes, have been assessed on the basis of the relevance of maintenance decision induced by the prognostic. This thesis has allowed quantifying and improving the performance of the two considered functions to meet the airlines requirements. Other possible improvements are proposed as prospects to conclude this thesis