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La conception d'une machine haute vitesse est un problème multiphysique très complexe. Les contraintes mécaniques au rotor sont très élevées et la dynamique du rotor ne peut pas être négligée sinon les vibrations excessives risquent de détruire la machine. Même les pertes aérodynamiques créées par le frottement entre le rotor et l'air dans l'entrefer ne peuvent être négligées. La vitesse élevée implique également une fréquence électrique très élevée et donc des problèmes de pertes additionnelles dans le bobinage, de pertes fer, de pertes par courant de Foucault au rotor et de pertes de commutation dans les composantes de puissance de l'onduleur. Les pertes par courant de foucault au rotor, par exemple, augmentent la température des aimants risquant ainsi d'altérer leur performance ou même de les démagnétiser. Le concepteur doit faire preuve d'ingéniosité pour trouver des solutions et des compromis entre ces nombreux problèmes tout en considérant les couplages multiphysiques entre les modèles. Par exemple, l'augmentation de la fréquence de hachage permet la réduction des pertes par courant de foucault au rotor, mais augmente les pertes par commutation dans l'onduleur d'où la nécessité de l'atteinte d'un premier compromis. Les machines synchrones à aimants permanents montés en surface étant des machines prometteuses pour fonctionner à des vitesses et densités de puissance élevées, l'objectif du présent travail de recherche est de développer un outil de CAO adapté à ce type de machine et d'en déduire des règles de conception. Le calcul de champs 2D magnétostatique et magnétoharmonique est directement piloté par un algorithme d'optimisation pour permettre une estimation précise des paramètres les plus complexes à modéliser pour des espaces de conception et des topologies variés. Une étude comparative de moteurs optimisés pour différentes vitesses et densités de puissance a permis de déduire des règles de conception comme le choix du nombre de pôles et l'équilibre entre les pertes cuivre et les pertes fer. Le **Chapitre 1** traite de l'état de l'art actuel de la conception de machines haute vitesse. Les différents défis de conception et de réalisation sont exposés et discutés ainsi que les principales solutions possibles. Le **Chapitre 2** présente différents modèles adaptés aux machines haute vitesse permettant d'aider le concepteur dans son processus. L'implantation de la méthode de conception directe par calcul de champs à l'aide de MATLAB, PYTHON et CEDRAT FLUX est exposé dans le **Chapitre 3** alors que son utilisation pour l'obtention de règles de conception et son application sur un générateur de 80kW fonctionnant à 70000 rpm sont traités au **Chapitre 4**. Finalement, le **Chapitre 5** traite des différentes solutions aux problèmes majeurs des pertes dans les aimants. / Conception of a high-speed electrical machine is a complex multiphisics problem. Mechanical constraints in the rotor are high and rotor dynamics cannot be neglected otherwise excessive vibrations could destroy the machine. Even aerodynamic losses caused by friction between the rotor and the air in the air gap cannot be neglected. High-speed also implies high electrical frequency and therefore additional losses in the windings, iron losses, losses in the rotor et switching losses in power electronics. Rotor losses, for example, raise the temperature of the magnets and may alter their performance or even demagnetize them. The designer must therefore show ingenuity to find solutions and compromises between these numerous problems while considering the multiphysics couplings. For example, increasing switching frequency of the inverter allows the reduction of rotor losses, but increases switching losses in power components, hence the need to reach a compromise. Since Surface Mounted Permanent Magnet synchronous (SMPM) machines are promising for operating at high speeds and power density, the aim of this research is to develop an optimization process adapted to this type of machine that makes it possible to deduce design rules. Parametric magnetodynamic and magneto-harmonic FEA simulations are directly driven by an optimization algorithm to allow accurate estimation of parameters that are difficult to evaluate for various design spaces and topologies. A comparative study of motors optimized for different speeds and power density made it possible to deduce design rules such as the choice of the number of poles and the balance between copper losses and iron losses. First, Chapter 1 introduces the current state of the art for high-speed machines designs. Various design and fabrication challenges are discussed as well as popular solutions. Chapter 2 shows models adapted to high-speed machines to help the designer in his process. Implementation of the optimization process by direct field calculation using MATLAB, PYTHON and CEDRAT FLUX is shown in chapter 3 while its use for obtaining design rules and its application for an 80 kW generator are in chapter 4. Finally, a few solutions for magnet losses are studied in chapter 5.

CAD (Computer Aided Design) is one method and technique that uses the computer's hardware and software system to assist people design products or projects. It includes such designing activities as design, plot, project analysis and technological file's execution, etc. It is not only a new designing method but also a multi-subject comprehensively applied new technology. CAPP (Computer Aided Process Planning) is the manufacturing and processing course that uses computer to assist design the parts. In a narrow sense, it mainly refers to the completion of processing design and outputting process regulations. On the basis of analyzing and studying PDM system's function, this thesis carries out the research on the key technology of CAD and CAPP integration. The main research contents are summarized as follows : 1: Study the key technology together with its realization method of CAD/CAPP integrated system based on PDM; build up the product-faced integrated system's framework; realize the integration of the enterprise's applied system that is based on file management and with the shared database as its basis. 2: Construct the knowledge-based product's modularized madel and the product's information management system; study the expression and management technology of the product's design information facing the product's life cycle. 3: Apply the product's structure based information integrated technology and modularized design technology to the construction of CAD subsystem, thus realize the development of deformed product faced CAD subsystem. 4: Adopt the feature and product's structure based parts' information in putting technology to study the product's structure based processing information model construction technology. 5: Adopt such multi-technics decision mixture technology as interaction, searches, recension and creation, etc. with the repository as the core to study the repository based flexible process decision making mode. 6: Study the organic amalgamation technology of the multi-technologies in the CAPP fast development tools system, including the feature and product's structure based parts' information inputting technology, flexible process decision making technology, COM based subassembly technology and modularized process design technology, etc. The following knowledge can be learned from this thesis : 1: How to realize the interconnection and interoperation among distributed application systems, application systems and multi isomeric data source. 2: How to draw ideas and technology of PDM into CAD/CAPP intergradations. 3: How to realize derivative design of products. 4: To improve the ability in dealing multi database documents, the design of program frame and the planning of systematic flow. In this thesis, the following points are unique and creative : 1: The characteristics of integrated technology are stressed, which make CAD and CAPP phases of product design integrate organically. 2: Obtain the CAD mode of the design parts from PDM database. Through the interactive interface offered by the system, finish the parts' information input based on the feature in the way of man-machine interaction. 3: The process data will be more structural and normative, if we make the product structure the basis for CAPP system to organize process design. 4: The organic integration of four decision-making modes by this system will not only meet the advanced manufacturing mode's needs represented by the agile manufacturing, but also the practicality of factory. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : CAD, CAPP, PDM, the integrated system, twice development

Pour la mise en registre de nuages de points 3D, il a été démontré que Go-ICP [Yan+16] obtenait la solution globale optimale pour une paire composée d’un nuage de points modèle et d’un nuage de points de données. Go-ICP a principalement été étudié uniquement sur des ensembles standards de nuages de points. Nous démontrons l’efficacité remarquable de Go-ICP pour l’alignement de nuages de points très complexes à grande échelle sur leurs modèles de CAO déformés correspondants. En particulier, si on considère deux ensembles distincts de nuages de points pris à l’extérieur et à l’intérieur d’un bâtiment, les expériences démontrent que Go-ICP est capable d’aligner avec succès ces deux ensembles sur le nuage de points du modèle de CAO de l’ensemble du bâtiment (informations extérieures et intérieures incluses). Avec l’expérimentation présentée dans cet article, nous démontrons que Go-ICP peut obtenir d’excellents résultats en matière d’alignement et que cette approche peut être déployée dans des applications visant à comparer les modèles CAO d’un bâtiment (modèle "tel que conçu") au nuage de points de la configuration réelle du bâtiment (modèle "tel que construit"). Les expériences démontrent également l’efficacité de Go-ICP pour aligner une copie déformée d’un objet fabriqué par l’homme sur l’objet d’origine dans les applications de contrôle de la qualité. Cet travail a été présenté lors de la conférence internationale en Europe centrale sur l’infographie, la visualisation et la vision par ordinateur 2019 en version orale et a été publié dans le journal du WSCG 2019.

La gestion des interfaces est un élément clé dans la conception de systèmes complexes dans le cadre d'une ingénierie collaborative. Un document de contrôle d'interface est le principal élément disponible pour prévenir les erreurs d'assemblage, les problèmes d'interprétation et de coordination des différents sous-systèmes. Par conséquent, dans un environnement d'ingénierie collaborative, la question qui se pose est : Comment faciliter la gestion des interfaces et améliorer leurs documents de contrôle dans le cadre d'une ingénierie collaborative ? Ce projet de recherche propose une expression numérique des contraintes géométriques et fonctionnelles issues des documents de contrôle d'interface dans un contexte d'ingénierie collaborative. Dans un premier temps, il est nécessaire de construire des liens entre les documents de contrôle d'interface et les modèles géométriques. Ensuite on définira un format numérique unifié pour les documents de contrôle d'interface (DCI).La représentation des contraintes de façon numérique s'effectuera par la création d'une typologie de gabarit qui s'intégrera dans le format numérique unifié. Il faudra ensuite se munir d'une méthodologie permettant d'exploiter la représentation numérique et d'établir des mécanismes de gestion et de suivi du contrôle des contraintes issues du document de contrôle d'interface. L'ensemble de ces concepts sera testé sur un cas concret. Ce dernier correspond à l'assemblage d'un moteur issu de l'entreprise Prat & Whitney sur un mât de réacteur pour un avion régional issue [i.e. issu] de l'entreprise Bombardier.La gestion des interfaces et les documents de contrôle d'interface sont des éléments importants dans l'objectif d'assurer une ingénierie collaborative efficace dans un contexte de gestion du cycle de vie du produit. Un format numérique unifié est proposé, s'appuyant sur une typologie de gabarit, pour systématiquement documenter les spécifications issues d'un DCI. Avec ce projet de maîtrise, la représentation numérique des documents de contrôle d'interface devient possible. Les utilisateurs de cette représentation posséderont un certain nombre d'outils et de méthodes qui leurs [i.e. leur] permettront de générer les gabarits et/ou les volumes les aidants [i.e. aidant] dans la prise de décision sur le respect des contraintes entre deux produits. L'utilisation d'un tel DCI entraînera un gain de temps. L'ingénieur trouvera toutes les informations dans un unique document et si d'autres documents sont nécessaires, l'emplacement de ces derniers sera spécifié dans le DCI, voire même dans certains cas un lien dynamique aura été créé. Le contenu des documents de contrôle d'interface sera clarifié, tout en permettant une prise de décision plus rapide concernant le respect des contraintes. Enfin, la communication entres [i.e. entre] partenaires sera facilitée par le DCI. En effet, le document contiendra toutes les informations dont ils auront besoin, donc un seul échange sera suffisant pour permettre de traiter un assemblage constitué de deux produits.

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La synthèse dimensionnelle se focalise sur la détermination des dimensions des piècesconstituant le mécanisme et de leur placement. Cependant, malgré les nombreux travaux dansce domaine, les techniques actuelles de dimensionnement n’offrent des solutions satisfaisantesque pour des classes de mécanismes particulières.Dans nos travaux, nous décrivons une approche de résolution générique de problèmes desynthèse dimensionnelle de mécanismes. Une spécification déclarative par contraintes facilitela prise en compte de tout type de mécanismes (plans ou spatiaux, à topologie ouverteou fermée et comportant un nombre quelconque de pièces et de liaisons cinématiques). Lamodélisation des problèmes proposée rend possible la génération automatique d’équationstraduisant simultanément l’objectif à atteindre et les contraintes à respecter ainsi que laconstruction des différents mécanismes solution.Les équations résultantes étant non linéaires, fortement couplées et n’admettant pas nécessairementde solution exacte, nous proposons de les traiter par des méthodes d’optimisation.De plus, la stratégie développée se concentre sur la recherche de plusieurs minima locauxdu problème de synthèse et non sur la recherche d’un minimum global. En premier lieu, uneméthode d’optimisation globale par essaims particulaires explore le domaine de recherche etfournit plusieurs points approchant des minima. Plusieurs processus d’optimisation locale,basés sur la méthode de Nelder-Mead, exploitent ensuite de manière concurrente ces points.Cette stratégie permet d’améliorer considérablement la robustesse de chacune des méthodesprises indépendamment et surtout de proposer plusieurs configurations à l’utilisateur quipourra finalement sélectionner la meilleure solution d’après ses critères.Nous avons développé une maquette d’application de synthèse dimensionnelle de mécanismes,complètement intégrée dans un environnement de conception assistée par ordinateurindustriel qui nous permet de valider la démarche de conception que nous proposons sur unensemble de problèmes classiques. / Mechanism synthesis deals with design of mechanical devices capable of performing adesired task. Dimensional synthesis focuses on the determination of the parts’ dimensionsand locations in order to fulfill the requirements. Despite many works in this research field,current design techniques are lacking in generality and are only suitable for specific classesof mechanisms.This work proposes a generic approach to solve mechanism dimensional synthesis. Adeclarative specification based on constraints facilitates the design of almost any systemtopology such as planar and three-dimensional mechanisms with open and closed loop kinematicchains containing any number and type of joints. The modeling approach presentedallows automatic generation of systems of equations representing both the constraints tosatisfy and the target objectives to minimize, while enabling geometric construction of theobtained solutions.The resulting polynomial equations are nonlinear, highly coupled and do not necessarilyadmit an exact solution. Therefore, we propose to solve them by optimization methods. Thedeveloped strategy focuses on finding several local minima of synthesis problems instead offinding a global minimum. First, a particle swarm global optimization explores the searchdomain and provides points approximating these minima. Then, various Nelder-Mead basedlocal optimization processes handle these points concurrently. This strategy significantlyimproves the robustness of each optimization method taken independently. It also makes itpossible for the designer to choose the best solution among several configurations accordingto his criteria.A dimensional mechanism synthesis prototype, fully integrated with a commercial computeraided design software, has also been developed. It allows validating our design approachon a set of classical problems.

La préoccupation à l'origine de cette thèse est la recherche de relations entre la conception, activité-clé pour l'enseignement de la technologie, et la familiarisation des élèves à un outil désormais emblématique du métier de concepteur, la Conception Assistée par Ordinateur (CAO). Après avoir situé la conception et la CAO dans le contexte de l'enseignement de la technologie, l'activité de conception est étudiée afin de dégager certains de ses traits définitoires et d'analyser son potentiel en termes de mobilisation de connaissances. Une analyse détaillée du fonctionnement de la CAO permet de mettre en relief les complexités de sa mise en usage. Enfin, la notion de familiarisation est définie et les variables en jeu dans la construction d'une familiarisation à un logiciel de CAO sont mises en évidence. Les études empiriques présentent l'élaboration d'instruments de recherche et leur mise en oeuvre : une tâche de conception simplifiée et les outils d'analyse de ses produits, textes et dessins, ainsi que deux familiarisations à la CAO. L'étude comparative des textes et dessins de conception de 95 élèves de quatrième au cours de deux réalisations successives de la tâche montre que la complexité des propositions des élèves s'accroît et qu'ils se familiarisent à la tâche. Le type d'enseignement suivi par les élèves entre les deux réalisations de la tâche a une incidence très limitée.

Nautile est un environnement de génération de dessins de masques, adapte aux besoins des compilateurs de silicium. Il permet la réalisation d'outils d'assemblage et de générateurs paramétrés par la technologie. Nautile facilite la décomposition d'un circuit en une hiérarchie de cellules pouvant être formalisées suivant plusieurs niveaux d'abstraction appelés vues. Une cellule possède deux types de vues, les vues physiques et une vue de construction. Celle-ci permet de concevoir des circuits corrects par construction, et met en œuvre des règles de composition paramétrées par la technologie. Enfin, Nautile permet l'intégration d'outils et de cellules développés dans d'autres systèmes