La prédiction de l'émission infrarouge des jets de propulseurs composites aluminisés nécessite principalement trois étapes : le calcul des grandeurs aérothermochimiques du jet, la conversion de ces grandeurs en propriétés optiques (coefficient d'absorption, coefficient de diffusion, fonction de phase) puis la résolution de l'équation de transfert radiatif. Cette thèse,essentiellement consacrée à cette troisième étape, propose de nouvelles voies pour l'application des modèles de bande aux cas de milieux biphasiques et diffusants.D'une part, nous avons étendu ces modèles aux cas de milieux caractérisés par un déséquilibre thermique entre gaz et particules. D'autre part, nous avons proposé une méthode de séparation de la luminance en deux contributions, appelées respectivement non diffusée et diffusée, à partir d'une idée originale de Liu et al. La contribution non diffusée est solution de l'équation de transfert radiatif obtenue en ignorant les effets de la diffusion. Par conséquent, elle peut être résolue par une formulation en modèles de bande. Cette approche permet de réduire les erreurs de corrélations spectrales au seul terme de luminance diffusée.Nous avons montré l'intérêt de ces approches par comparaison avec une résolution de l'équation de transfert radiatif en raie par raie, sur des milieux représentatifs de situations de télédétection de jets. / Prediction of infrared emission of exhaust plumes from aluminized composite rocket, follows mainly three steps : calculating aero-thermo-chemical values in the plume, converting those valuesto optical properties (absorption coefficient, scattering coefficient and phase function) and resolving the radiative transfer equation. This thesis is mostly devoted to this third step, and proposes new ways to use band models on two-phases and scattering media.Firstly, we extended band models to cases with thermic non equilibrium between gas and particles. Secondly, we proposed a method consisting in splitting radiance in two parts, one called un-scattered and the other scattered, from an original idea of Liu et al. The un-scattered part is solution of the radiative transfer equation obtained by ignoring scattering. As a result, the unscattered radiance can be found by using band models. By this approach, errors on spectral correlations are only present on the scattered radiance.We show the interest of thoses approches by comparing them with a line by line resolutionof the radiative transfer equation, on media representative of remote sensing cases of rocket exhaust plumes.

Dans un propulseur à courant de Hall, la création des ions et leur accélération sont régis par le même phénomène physique. L'idée du propulseur de Hall double étage (DSHT) est de découpler l'ionisation du gaz (poussée) et l'accélération des ions (ISP), de sorte à rendre le système davantage versatile. Les travaux menés durant cette thèse visent à démontrer, grâce à des essais expérimentaux, la pertinence et la faisabilité d'un tel concept. Dans un premier temps, un prototype de DSHT, baptisé ID-HALL, a été conçu et assemblé. Il est constitué d'une source inductive magnétisée insérée dans un tube en céramique et d'un étage d'accélération identique à une barrière magnétique de propulseur simple étage. La source inductive a été optimisée de sorte à réduire le couplage capacitif et à maximiser l'efficacité du transfert de puissance par ajout de pièces en ferrite et diminution de la fréquence RF d'excitation. Dans un deuxième temps, la source inductive du propulseur a été caractérisée indépendamment du propulseur en argon et xénon pour différentes pressions. Le dispositif expérimental a permis notamment de tracer une cartographie 2D de la densité et de la température. Enfin, le propulseur a été monté dans son caisson et des mesures préliminaires (caractéristiques courant-tension, mesures par sonde RPA) ont été menées. En parallèle, des simulations utilisant un modèle hybride 2D ont été effectuées en mode simple et double étage. Elles mettent en évidence un fonctionnement versatile du moteur pour des tensions inférieures à 150 V. A terme, on visera à démontrer que la densité de courant et l'énergie des ions peuvent être, dans certaines conditions, significativement découplées. / In Hall thrusters, the same physical phenomenon is used both to generate the plasma and to accelerate ions. Furthermore, only a single operating point is experimentally observed. The double stage Hall thruster (DSHT) design could allow a separate control of ionization (thrust) and ions acceleration (ISP) to make the system more versatile. The work carried out during this PhD aims to experimentally demonstrate the relevance and the feasibility of this concept. Firstly, a new design of DSHT, called ID-HALL, was proposed and a new prototype was built. It combines the concentric cylinder configuration of a single stage Hall thruster with a magnetized inductively coupled RF plasma source (ICP) whose coil is placed inside the inner cylinder. The ICP source was improved in terms of power coupling efficiency by adding ferrite parts and by decreasing the heating RF frequency. The ICP source used in the ID-HALL thruster was then characterized independently of the thruster using argon and xenon and varying pressure. The experimental setup has allowed to measure the spatial variations of the electron density and temperature. Finally, the thruster was mounted in its vacuum chamber and preliminary measures (voltage-current characteristics, RPA measurements) were led. At the same time, simulations using a two-dimensional hybrid model were performed in single and double stage. A versatile operation for voltages lower than 150 V was highlighted. An emphasis will be given to demonstrate that the current density (given by the ion flux probe) and the ions energy (given by the RPA) might be significantly decoupled.

La rationalisation des processus de développement de systèmes (tels qu'aéronefs, systèmes satellitaires, navires, véhicules automobiles, etc.) ne date pas d'aujourd'hui. Elle a cependant pris un cours nouveau avec la diffusion au début des années quatre vingt-dix d'un corps de connaissances appelé ingénierie des systèmes (systems engineering). Nombre d'entreprises concevant et réalisant des systèmes adoptent des processus d'ingénierie système (systems engineering processes) s'appuyant sur ce corpus de connaissances (SEBOK, systems engineering body of knowledge). Dans ce contexte, notre travail a consisté à: (A) mettre en évidence que la logique dominante de ce corpus est une logique instrumentale de mise en concordance de moyens par rapport à des fins, laquelle assure jusqu'à un certain point la répétabilité des résultats recherchés ; (B) montrer que le SEBOK présente deux lacunes qui sont causes d'incompréhensions entre parties prenantes : (1) il n'offre pas de théorie des systèmes techniques cohérente basée sur des concepts robustes mais agrége trop souvent des notions pas ou mal définies (comme celle d'exigence) et des propositions méthodologiques discutables (par exemple, celle selon laquelle l'analyse fonctionnelle constitue un des outils principaux pour la conception innovante de systèmes), (2) il ne propose pas non plus de dispositifs permettant d'assurer des processus d'entente entre parties prenantes, et de faire collectivement des choix de conception justifiés ; (C) proposer des élements cohérents d'une théorie des systèmes techniques et de leur développement (D) proposer un dispositif collectif de conception et de justification des choix de conception fondé sur les possibilités de l'argumentation ; (E) illustrer l'application d'une partie de nos propositions au cas de la conception innovante d'une chaîne de traction hybride pour véhicules particuliers.

Des technologies avancées sont très demandées dans l'industrie automobile pour respecter les réglementations de consommation de carburant de plus en plus rigoureuses. La co-optimisation du dimensionnement et du contrôle des groupes motopropulseurs avec une efficacité de calcul améliorée est étudiée dans cette thèse.Les composants des groupes motopropulseurs, tels que le moteur, la batterie et le moteur électrique, sont modélisés analytiquement au niveau descriptif et prédictif afin de permettre une optimisation du contrôle rapide et une optimisation du dimensionnement scalable. La consommation d'énergie minimale des véhicules hybrides-électriques est évaluée par des nouvelles méthodes optimales. Ces méthodes – y compris Selective Hamiltonian Minimization et GRaphical-Analysis-Based energy Consumption Optimization – permettent d'évaluer une consommation minimale d'énergie avec une efficacité de calcul améliorée. De plus, la méthode de Fully-Analytic energy Consumption Evaluation (FACE) approxime la consommation d'énergie minimale sous forme analytique en fonction des caractéristiques de la mission et des paramètres de conception des composants du groupe motopropulseur. Plusieurs cas d’études sont présentées en détail par rapport aux approches de co-optimisation à bi-niveaux et à uni-niveau, ce qui montre une réduction efficace du temps de calcul requis par le processus global de co-optimisation. / Advanced technologies are highly demanded in automotive industry to meet the more and more stringent regulations of fuel consumption. Cooptimization of design and control for vehicle propulsion systems with an enhanced computational efficiency is investigated in this thesis.Powertrain components, such as internal combustion engines, batteries, and electric motor/generators, are analytically modeled at descriptive and predictive level correspondingly for the development of fastrunning control optimization and for the scalability of design optimization. The minimal fuel consumption of a hybrid-electric vehicle is evaluated through novel optimization methods. These methods – including the Selective Hamiltonian Minimization, and the GRaphical-Analysis-Based energy Consumption Optimization – are able to evaluate the minimal energy consumption with the enhanced computational efficiency. In addition, the Fully-Analytic energy Consumption Evaluation method approximates the minimal energy consumption in closed form as a function of the mission characteristics and the design parameters of powertrain components.A few case studies are presented in details via the bi-level and uni-level co-optimization approaches, showing an effective improvement in the computational efficiency for the overall co-optimization process.