L'augmentation de la vitesse de croisière des hélicoptères à architecture conventionnelle (rotor principal et rotor anticouple) atteint aujourd'hui une asymptote. Le concept X3, associant 2 hélices et une aile pour alléger la charge du rotor principal, propose une solution viable économiquement, qui s'appuie sur l'utilisation de technologies éprouvées telles que le rotor Spheriflex® du Dauphin. Les essais en vol menés sur le démonstrateur X3 ont montré un bon comportement en performances et en qualités de vol de ce type de rotor, mais un niveau de charges très importants dans les commandes de vol. Pour limiter la masse à vide, la solution de surdimensionner toutes les pièces mécaniques n'est pas envisageable. Ce travail de thèse propose d'étudier les opportunités de réduction des efforts de commandes.Afin de pouvoir réduire ces efforts, il a été nécessaire de comprendre leur origine et de proposer une modélisation qui permette de les prédire. Des mesures expérimentales réalisées sur le démonstrateur X3 ont permis d'identifier les excitations aérodynamiques et le comportement dynamique des pales en torsion. Les phénomènes responsables de l'augmentation des efforts de commande ont été identifiés, ce qui a permis de corriger le modèle de calcul des efforts de commande HOST actuellement utilisé par Airbus Helicopters.A partir du logiciel HOST corrigé et de la compréhension des phénomènes physiques, des solutions technologiques pour réduire les efforts de commandes ont été étudiées. Deux familles de solutions sont alors considérées : l'optimisation du système de commandes de vol et la réduction des efforts dans les bielles de pas. L'optimisation du système de commandes de vol permet d'obtenir une réduction significative des efforts de commandes grâce à un algorithme d'optimisation de l'architecture de placement des servocommandes. L'étude de la réduction des efforts dans les bielles de pas montre que le choix de l'équilibre appareil conduit à des opportunités de réduction des efforts de commandes, alors que la modification du design de pale n'apporte pas de réduction notable et engendre une diminution des performances en stationnaire. / Nowadays, the increase of cruise speed for conventional helicopters (main rotor and anti-torque rear rotor) reaches an asymptote. The X3 concept proposed by Airbus Helicopters is a hybrid helicopter combining 2 propellers at the tip of small wings in order to unload the main rotor. This solution is economically viable because it reuses well-proven technologies such as the Spheriflex rotor, already used on the Dolphin family for many years. X3 flight tests have shown a good behavior of the rotor concerning performances as well as handling qualities, but control loads in the rotor system were significantly higher in cruise conditions than for conventional helicopters. In order to save the payload, over-sizing of the mechanical parts in order to withstand these loads can't be an appropriate solution. The work presented in this thesis deals with the problematic of control loads reduction.In order to reduce the control loads, the first step is to highlight the roots of these loads and to get a predictive tool over the whole flight domain. Experimental measurements from X3 flight tests give the aerodynamic loads on the blade sections, leading to understand the blades torsional dynamic behavior in several flight test cases (cruise, turns and high speed flight). Phenomena responsible for the increase of control loads are then identified, and the rotor computation tool HOST used at Airbus Helicopters is corrected to predict accurately control loads over the conventional as well as the high speed helicopter flight domain.The corrected rotor computation tool HOST, associated with the physical comprehension of the blade torsional dynamics, is used to quantify the possible solutions proposed for control loads reduction. Two main ways are studied: the optimization of the control system architecture and the reduction of pitch link loads. The optimization of control system architecture shows a dramatic reduction of control loads in the servo actuators and in the non-rotating scissors, thanks to an optimization algorithm developed during this thesis. The reduction of pitch link loads study shows that the optimization of the helicopter equilibrium leads to drastic reduction, whereas the modification of blade design does not show any significant reduction even at high speed.

Un cadre d'optimisation multi-Objectif pour les pales d'hélicoptère est développé en utilisant des modèles de simulation de haute fidélité. Des fonctions objectives caractérisant la performance de l'hélicoptère en vol stationnaire et d'avancement sont retenues. Deux solveurs sont utilisés afin de prédire la performance du rotor: le code général HOST et le solveur CFD elsA. Le premier axe de recherche porte sur la caractérisation de la précision des méthodes de prédiction. L'influence de la prise en compte de la souplesse de la pale, du trim rotor et/ou de l'utilisation de modélisations aérodynamiques simplifiées est caractérisée pour chaque cas de vol en utilisant des mesures en soufflerie. Un cadre numérique adapté à l'optimisation est développé. Le deuxième axe de recherche porte sur des techniques d'optimisation multi-Objectif de pales en vol stationnaire et d'avancement. Deux algorithmes novateurs basés sur la compétition (Jeux de Nash) et la coopération (Descente à Gradients Multiples) sont présentés comme des alternatives aux approches traditionnelles pour traiter le problème multi-Objectif. Afin de réduire le coût des simulations, un cadre de simulation basé sur des métamodèles est développé y compris une stratégie multi-Fidélité pour prédire la performance du rotor en vol d'avancement. Ces techniques sont appliquées à un cas réaliste de rotor, en utilisant des simulations CFD trimmées avec pale souple pour le cas du vol d'avancement et des simulations CFD avec pale rigide en vol stationnaire. Les résultats sont ensuite analysés, démontrant le potentiel de ces techniques pour l'obtention de conceptions réalistes représentant des bons compromis entre les objectifs. / This work addresses the development of a multi-Objective optimization framework for helicopter rotor blades using high-Fidelity simulation models. In particular, objective functions corresponding to hover and forward flight are considered. Two solvers are used to predict the rotor performance: the comprehensive rotor code HOST and the Computational Fluid Dynamics (CFD) solver elsA. The first research axis of this work is the characterization of the accuracy of each available prediction method. The influence of considering the blade elasticity, the rotor trim and/or simplified aerodynamics is characterized for each flight case using wind-Tunnel data. As a result, a numerical framework adapted to the optimization is developed. The second part of this work concerns the formulation and development of techniques adapted to the multi-Objective optimization of rotor blades in hover and in forward flight. Innovative algorithms based on competition (Nash Games) and cooperation (Multi-Gradient Descent) are presented as alternatives to traditional multi-Objective approaches. In order to reduce the simulation costs, a surrogate-Based framework is developed, including a multi-Fidelity strategy to predict the rotor performance in forward flight. These techniques are finally applied to a realistic rotor, considering trimmed elastic CFD computations in the forward flight case and rigid blade CFD computations in the hover case. The results are subsequently analyzed, demonstrating the potential of these techniques to obtain realistic designs realizing interesting trade-Offs.

La réduction du temps entre la détection d'un feu de forêt et l'arrivée de l'équipe d'attaque initiale (AI) peut avoir un impact significatif sur les probabilités de succès de l'AI, et conséquemment sur la superficie finale du feu. Le premier volet du projet visait à identifier les facteurs qui influencent ce temps de réponse à partir de données récoltées au Québec entre 2002 et 2022. À l'aide de trois modèles linéaires généralisés mixtes et de sélections de modèles, nous avons analysé l'impact de multiples facteurs ainsi que leurs poids sur trois intervalles de temps distincts : le temps entre la réception de l'alerte et le départ des équipes le jour même, le temps entre la réception de l'alerte et le départ des équipes le lendemain, ainsi que le temps de transport des équipes vers le feu. Nos résultats indiquent que la distance entre la base de départ et le feu, le nombre de segments de vols nécessaires pour atteindre un feu, l'heure d'assignation de l'alerte, l'emplacement de la base de départ, le taux de propagation du feu, la date du feu ainsi que le nombre d'incendies actifs dans la province au moment de l'intervention sont des facteurs ayant un effet significatif. Dans l'ensemble, la distance et le nombre d'étapes de vols étaient les facteurs qui avaient le plus de poids sur le temps de transport, alors que l'heure d'assignation était la variable qui avait le plus de poids pour les temps de départ des feux attaqués le jour même et le lendemain. La deuxième étape du projet a consisté à développer un outil d'optimisation visant à modifier le déploiement des équipes héliportées en tenant compte des prévisions de propagation et d'intensité des incendies, afin de réduire le temps de déplacement et conséquemment le temps de réponse global. Cette analyse a permis de montrer que l'utilisation d'un plus grand nombre de sites potentiels de déploiements serait bénéfique pour améliorer la performance du système. / Reducing the time between the detection of a fire and the arrival of the initial attack (IA) crew can have a significant impact on the likelihood of the IA success. The first part of the project was to identify the factors that influenced response time, based on historical data in Quebec, between 2002 and 2022. Using three generalized linear mixed models and model selection, multiple factors were analyzed as well as their weights on three distinct time intervals: the time between the dispatch of a fire and the departure of the IA team for fires attacked on the same day or the next day, and the travel time of the team until it's arrival on the fire. Results show that the distance between the departure base and the fire, the number of flight legs necessary to get to the fire, the departure base location, the fire's rate of spread, the fire's date, and the number of active fires in the province at the moment of fire start all have a significant impact but have different degrees of influence. The distance and the number of flight legs were identified as the factors having the highest influence on travel time. The second part of the project was to develop an optimization tool that sought to modify the deployment of helitack teams, while considering predicted head fire intensity, to further reduce travel time and consequentially overall response time. This analysis demonstrated that the use of a higher number of potential deployment sites could be beneficial to the overall improvement of the system's performance.

Les hélicoptères sont le siège de comportements dynamiques difficiles à maîtriser et récurrents en phase de conception. Ces comportements sont essentiellement liés à des couplages mal maîtrisés entre certains sous-systèmes. Un état de l'art sur les pratiques de modélisation existantes met en évidence un manque de prise en compte des interactions énergétiques entre sous-systèmes, rendant difficile l'analyse et la maîtrise de ces phénomènes et conduisant à des solutions ponctuelles, sans capitalisation possible des méthodes mises en œuvre. Ces travaux offrent une introduction à une approche de représentation multiphysique et multiniveau, complémentaire aux approches existantes, offrant une vision énergétique et structurelle pour la maîtrise de la dynamique des systèmes tels que les hélicoptères. Une réflexion sur les outils de représentation existants a conduit au choix du bond graph (BG), du multibond graph (MBG) et de la Représentation Energétique Macroscopique (REM) en tant qu'outils complémentaires pour la modélisation et la commande des systèmes multiphysiques multicorps. Une analyse énergétique d'hélicoptère a conduit à la proposition d'une description macroscopique basée sur le MBG à mots, complétée par deux autres niveaux détaillant le modèle MBG du sous-système rotor-fuselage. Les hypothèses de modélisation sont choisies de manière à reproduire les conditions d'apparition du phénomène de résonance air, phénomène de couplage connu sur les hélicoptères. Cette étude met en évidence le potentiel des représentations énergétiques en application aux hélicoptères et ouvre de nombreuses perspectives, tant pour l'analyse des appareils existants que pour la conception d'aéronefs innovants.

Au cœur des moyens de transport, de transformation d'énergie, et de biens d'équipements, les machines tournantes peuvent avoir des comportements dynamiques complexes dus à de multiples sources de non linéarités liées aux paliers hydrodynamiques, à la présence de fissures, aux touches rotor-stator, ... Des phénomènes comme les décalages fréquentiels et donc de vitesses critiques, les cycles d'hystérésis avec sauts d'amplitudes, le changement brutal du contenu fréquentiel des réponses, sont des expressions de ces comportements. Résoudre les équations du mouvement induites par des modélisations avec des éléments finis de type poutre ou volumique, pour calculer les réponses à des sollicitations diverses (comme le balourd ou le poids propre), est réalisable avec des méthodes d'intégration pas à pas dans le temps mais au prix de temps de calcul prohibitifs. Cela devient particulièrement préjudiciable au stade du pré-dimensionnement où il est nécessaire de réaliser rapidement des études paramétriques. Aussi une alternative intéressante est de mettre en {\oe}uvre une méthode numérique, à la fois générale et efficace pour analyser la réponse non linéaire des rotors en régime stationnaire. La démarche proposée combine, dans un premier temps, la méthode de la balance harmonique (HBM) et la technique de bascule Temps-Fréquence (AFT) afin d'obtenir rapidement dans le domaine fréquentiel les réponses périodiques des rotors à grand nombre de degrés de liberté apportés par les éléments finis volumiques. Puis, l'association à la méthode de continuation par pseudo-longueur d'arc aboutit à établir continûment l'ensemble des solutions d'équilibre dynamique sur la plage de vitesse de rotation. Enfin la stabilité dynamique locale de la solution périodique est analysée grâce à des indicateurs de bifurcation basés sur l'évolution des exposants de Floquet. Ainsi sont détectées les bifurcations de branches de solutions périodiques de type point limite, point de branchement et notamment Neimark-Sacker. Leur localisation est déterminée précisément en résolvant un système augmenté constitué de l'équation du mouvement et d'une équation supplémentaire caractérisant le type de bifurcation considéré. En déclarant un paramètre du système (coefficient de frottement, jeu rotor/stator, amplitude de l'excitation,...) comme nouvelle variable, l'utilisation de la technique de continuation conjointement avec le système augmenté détermine directement le cheminement des bifurcations en fonction de ce paramètre sur la nappe des réponses non linéaires. Les suivis de bifurcations délimitent les zones de fonctionnement spécifiques, extraient efficacement l'essentiel du comportement dynamique et offrent ainsi une nouvelle approche pour dimensionner de façon efficace les systèmes notamment en rotation. Nombre des développements réalisés sont implantés dans le code de calcul Cast3M. / Generally speaking, the rotating systems utilized in the energy production have a small rotor-stator gap, are able to run during long periods, and are mounted on hydrodynamic bearings. Rotor-stator interactions in case of blade loss, crack propagation due to fatigue, and a variable stiffness due to the nonlinear restoring forces of the bearings can make the rotordynamics nonlinear and the responses complicated: significant amplitude and frequency shifts are introduced, sub- and super-harmonics appear, and hysteresis occurs. It is of great importance to understand, predict and control this complicated dynamics. Due to the large number of DOFs and the broad range of study frequency, the computation time for solving the equations of motion by a temporal integration method can be quite prohibitive. It becomes particularly disadvantageous at the design stage where a parametrical study need to be quickly performed. An alternative numerical method, which is general and effective at the same time, is proposed in order to analyse the nonlinear response of the rotors at steady state. Firstly, the periodic responses of nonlinear rotors are calculated in the frequency domain by combining harmonic balance method (HBM) and alternating frequency-time (AFT). With the help of continuation method, all dynamic equilibrium solutions of nonlinear systems are determined for the range of study frequency. Then, Floquet exponents which are the eigenvalues of Jacobian are sought for stability analysis of periodic solutions. Then the local stability of the periodic solution is analysed through the bifurcation indicators which are based on the evolution of Floquet exponents. The bifurcations of periodic solution branch, such as limit point, branch point, and Neimark-Sacker bifurcation, are thus detected. By declaring a system parameter (friction coefficient, rotor / stator gap, excitation amplitude, ...) as a new variable, applying once again the continuation method to the augmented system determines directly the bifurcation's evolution as a function of this parameter. Thus, parametric analysis of the nonlinear dynamic behaviour is achieved, the stability boundary or the regime change boundary is directly determined. Numerous developments are implemented in the calculation code Cast3M.

Ce travail de thèse porte sur l'estimation de l'attitude et la commande bornée en attitude d'un corps rigide. L'application « mini hélicoptère à quatre rotors » a été le support pour analyser les apports de nos approches. La première partie de cette thèse est consacrée à la description et la modélisation de l'hélicoptère à quatre rotors. Dans la deuxième partie, nous abordons le problème de l'estimation de l'attitude d'un corps rigide doté d'un ensemble de capteurs GAM (gyromètres, accéléromètres et magnétomètres). Nous proposons un observateur non linéaire afin de fusionner les différents types de mesures. Nous montrons que la dynamique de l'erreur d'observation peut se décomposer en deux sous-systèmes passifs reliés en « feedback ». Cette propriété est utilisée pour montrer que la dynamique de l'erreur d'observation est stable au sens Entrée-Etat (ISS) en considérant une perturbation comme l'entrée et l'erreur d'attitude comme l'état. Une validation avec des données simulées et une implantation en temps réel montrent la capacité et les performances de l'approche<br />proposée. Dans la dernière partie de ce travail, nous établissons une loi de commande bornée pour la stabilisation globale en attitude d'un corps rigide. Dans le schéma proposé, l'attitude est paramétrisée par le quaternion et la loi de commande est basée sur des fonctions de saturation imbriquées. La loi de commande permet de respecter des contraintes liées à la vitesse angulaire. De plus, la stabilité du système en boucle fermée est indépendante des paramètres inertiels du système. La caractéristique principale de l'approche proposée est son extrême simplicité qui autorise son implantation sur des systèmes embarqués où les capacités de calcul sont réduites. Ce résultat est ensuite étendu du corps rigide à l'hélicoptère à quatre rotors. Finalement, la loi de commande et l'observateur non linéaire sont implantés en temps réel et la stabilisation en attitude de l'hélicoptère est réalisée.

Cette étude consiste à explorer les possibilités offertes par la théorie des bifurcations pour l'analyse concrète de la dynamique du vol des hélicoptères.<br />Un état de l'art permet de montrer en quoi la méthodologie a fait ses preuves dans le cas de la mécanique du vol des avions et présente quelques phénomènes fortement non-linéaires issus du domaine des hélicoptères.<br />Dans un premier temps, il s'agit de mettre en place la problématique. Des travaux informatiques aboutissent au couplage du code HOST de mécanique du vol des hélicoptères d'EUROCOPTER et du code ASDOBI d'analyse des systèmes dynamiques de l'ONERA. Un modèle analytique d'hélicoptère complètement dédié et adapté à cette application est également développé. Par ailleurs, il est mis en évidence que la bonne formulation mathématique des problèmes évoqués est celle d'un système algébro-différentiel.<br />Dans un second temps, trois cas illustratifs de la démarche sont étudiés. Tout d'abord, l'instabilité aérodynamique liée à la formation d'anneaux tourbillonnaires à la périphérie du rotor dans certains cas de vol est analysée et des bifurcations de valeur propre réelle sont diagnostiquées. Un nouveau critère pour délimiter la région d'instabilité est donné par le calcul du lieu des points de ces bifurcations. Ensuite, le cas du roulis hollandais est examiné montrant que la bifurcation de Hopf (supercritique) sous-jacente s'avère donner naissance à des cycles limites stables. Enfin, l'étude porte son attention sur le couplage aéronef-pilote. Des oscillations induites par le pilote sont constatées pour la chaîne de commande choisie. Des bifurcations noeuds-selles de cycles limites et des sauts d'orbites périodiques correspondent aux changements brusques de qualités de vol observés.

La motivation qui a initié le projet de recherche ANR « Démonstrateur Gun Launched Micro Air Vehicle » est le besoin d’avoir un engin portatif qui permettrait d’obtenir rapidement des images d’une zone d’intérêt située à quelques centaines de mètres, avec la possibilité de pouvoir observer l’intérieur des bâtiments à travers leurs fenêtres ou en allant les explorer directement. Pour répondre à ce besoin, l’Institut franco-allemand de recherche de St Louis a eu l’idée de lancer un minidrone hélicoptère avec un canon. Le GLMAV, sous la forme d’un projectile, est lancé à partir d‘un tube portable à une distance de 500 m et une altitude de 100 m, où il pourra commencer à transmettre des images de la zone à observer. L’utilisation d’un système hybride projectile/minidrone a deux principaux avantages : cela permet d’augmenter l’autonomie du drone, et les premières images de la zone d’intérêt sont obtenues très rapidement. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la phase de transition, passer d’un projectile à un mini hélicoptère. Un modèle aérodynamique détaillé du GLMAV a été obtenu sur toute son enveloppe de vol. En prenant en compte les difficultés rencontrées lors de la phase de transition (perturbations des capteurs dues à l’accélération de 2500g au lancement, conditions initiales variables), nous avons développé une stratégie de commande, et une loi de commande en vitesse basée sur la technique du backstepping. Cette stratégie de commande a été validée en simulation. La loi de commande en orientation a été validée sur le prototype du GLMAV. Des travaux sur le flux optique, pour obtenir les vitesses latérales, ont été commencés. / The motivation that initiated the ANR research project "Démonstrateur Gun Launched Micro Air Vehicle" is the need to have a portable system which would permi tto quickly obtain images of an zone of interest placed at some hundred of meters, with the possibility to observe inside buildings either by their windows or by going inside them.To answer this need, the French-German Research Institute of St Louis got the idea o fusing a gun launched rotorcraft-MAV. The GLMAV, in its projectile form, is launched from a portable launching tube to a distance of 500m and a height of 100m, where it will collect and transmit visual information from the scene. The use of a projectile/rotorcraft-MAV hybrid system has two main advantages : it allows extending the MAV range,and the first images of the interest zone are obtained very quickly. During this PhD, we studied the transition phase, the passage from a projectile to a rotorcraft-MAV. A detailed aerodynamic model of the GLMAV has been obtained over his whole flight envelope. Taking into account the difficulties encountered during the transition phase (perturbation of the sensors caused by the 2500g acceleration at the launch, varying initial conditions),we developed a control strategy, and a velocity control law based on the backstepping methodology. This control strategy has been validated in simulation. The attitude control law has been validated on the GLMAV prototype. Studies on optical flow, to obtain the lateral velocities of the GLMAV, have been started.

La stabilisation et l’automatisation du vol de tout véhicule aérien nécessite la mise en oeuvre d’algorithmes de commande. La synthèse et la simulation des lois de commande reposent sur un modèle mathématique du véhicule, qui doit être de complexité et de précision appropriées. Cette thèse présente une méthodologie complète d’identification appliquée à un hélicoptère coaxialminiature. L’étude théorique de son comportement en vol permet d’établir plusieurs modèles basés sur la mécanique du vol, qui diffèrent par les phénomènes aérodynamiques pris en compte. Ils sont identifiés, comparés et validés grâce à des données de vol, mettant en évidence l’importance de certains phénomènes dans la précision du modèle. Différentes lois de commande sont alors étudiées et évaluées en simulation puis par des expérimentations sur un prototype. Les résultats obtenus sont conformes aux simulations numériques, validant ainsi l’ensemble de la démarche. / Control algorithms are at the heart of the stability and automatic flight capabilities of any aerial vehicle. Synthesis and simulation of control laws are based on a mathematicalmodel of the vehicle, which must be a trade-off between simplicity and accuracy. This work presents a complete system identification methodology applied on a miniature coaxial helicopter. Based on flight mechanics and aerodynamics, several models are built. They differ in the aerodynamic phenomena taken into account. They are identified, compared and validated thanks to flight data, highlighting important phenomena in the accuracy of the model. Several flight control strategies are then studied and evaluated through simulations and experiments with a prototype. The results are in accordance with numerical simulations, thus validating the whole approach.

Ce travail de thèse porte sur les propriétés de stabilité des tourbillons hélicoïdaux, structures que l'on retrouve notamment dans le sillage des rotors d'hélicoptères et d'éoliennes.Dans une première partie, le développement spatio-temporel de l'instabilité d'appariement est caractérisé à l'aide d'un code numérique pseudo-spectral pour une allée infinie d'anneaux tourbillonnaires. On montre que ce modèle axisymétrique d'écoulement est en effet une bonne approximation du système hélicoïdal dans la limite des grands rayons et petits pas d’hélice. Dans ces conditions, et en utilisant un adimensionnement judicieux, on obtient également que le résultat théorique pour le taux de croissance spatio-temporel obtenu pour une double allée de tourbillons ponctuels s’avère être une bonne prédiction pour le cas hélicoïdal.Dans une seconde partie, on décrit comment un ou plusieurs tourbillons hélicoïdaux ont pu être générés de façon très peu perturbée à l’aide de modèles réduits de rotors dans le canal hydrodynamique du laboratoire. Grâce à l’introduction de perturbations d’amplitudes et de fréquences soigneusement contrôlées, le taux de croissance de l’instabilité d’appariement a pu être mesuré et comparé aux résultats théoriques. L’évolution non linéaire de ces perturbations ainsi que d’autres modes instables, à plus petites longueurs d’onde, ont également pu être observés expérimentalement pour la première fois.Enfin, ces résultats ont été appliqués au cas des rotors d’hélicoptères pour la prédiction du régime de Vortex Ring State (VRS) et à la transition vers la turbulence du sillage des éoliennes. / This thesis is devoted to the stability properties of helical vortices, which are of interest for applications such as helicopter and wind turbine wakes.In a first part, the spatio-temporal development of the pairing instability is characterised for an infinite array of vortex rings, using a pseudo-spectral numerical code. We show that this axisymmetric flow model is indeed a good approximation of the helical system in the limit of large helix radius and small pitch. Under these assumptions, and by using appropriate dimensionless variables, we also show that the theoretical result concerning the spatio-temporal growth rate for a double row of point vortices represents a good prediction for the helical case.In a second part, we describe how one or several helical vortices were generated in a carefully controlled way using small-scale rotor models in the water channel of the laboratory. Introducing perturbations with well-defined amplitudes and frequencies, the growth rate of the pairing instability could be measured experimentally and compared to theoretical predictions. The non-linear evolution of these perturbations, as well as other unstable modes of smaller wavelengths, were also observed experimentally for the first time.Finally, these results were applied to helicopter wakes for the prediction of the Vortex Ring State (VRS) regime and to the transition to turbulence in wind turbine wakes.