Ce travail de thèse s'inscrit dans une thématique pluridisciplinaire qui regroupe des domaines comme la dynamique des structures, le biomimétisme, les technologies de réalisation de microsystème et l'aérodynamique. Le but de ce travail est de progresser dans la conception et la réalisation d'un microsystème à ailes résonantes à l'échelle de l'insecte en utilisant des technologies issues des microsystèmes. Des concepts sont développés dans cette thèse. En particulier, l'obtention d'un battement de grande amplitude par l'utilisation de la résonance de l'aile et la rotation de l'aile de façon passive. Des prototypes ont été réalisés en utilisant le polymère SU-8 dont les caractéristiques mécaniques sont proches de celles d'une aile d'insecte. Cette structure a été mise en vibration an de génerer de la portance mais n'a pour l'instant pas été capable de se propulser dans les airs. Les concepts d'aile résonante et de torsion passive ont toutefois pu être validés. Une étude plus spécique de simulation de vibration en grands déplacements a été menée et un premier modèle élément ni est proposé. Les questions d'amortissement des ailes dans l'air sont également traitées en vu de pouvoir poursuivre l'étude et différencier les efforts aérodynamiques de l'amortissement propre à la structure. Nous disposons d'un outil expérimental pour étudier à l'échelle de l'insecte la cinématique des ailes et les effets aérodynamiques.

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.