Afin d’introduire de nouvelles fonctions dans les commandes de vol d’hélicoptère, il est nécessaire d’augmenter les bandes passantes de leurs actionneurs. La modélisation réaliste de l’ensemble du système d’actionnement, rendant compte de ses limitations de puissance et de sa consommation énergétique, ainsi que l’amélioration des technologies existantes des dispositifs d’étanchéité et de guidage sont les deux enjeux principaux permettant d’atteindre la durée de vie souhaitée à hautes fréquences. Pour supporter ce nouveau développement, ce travail s’organise en trois parties. Une première partie présente l’état de l’art des commandes de vol de l’hélicoptère. Une architecture générique d’actionneur est proposée ainsi que la terminologie associée. Une deuxième partie porte sur l’élaboration d’un modèle de connaissance détaillé à l’aide du formalisme Bond-graph pour le système d’actionnement. Un effort particulier est porté sur la standardisation des composants et de leurs interfaces dans une démarche orientée objet. La dernière partie traite concerne les dispositifs d’étanchéité et de guidage au niveau des vérins de commande de vol. Compte tenu de l’objectif d’utiliser des paliers fluides, les différentes manières de générer une force normale au sein d’un film fluide sont analysées. Puis, une étude plus approfondie des butées hydrostatiques et des paliers hybrides coniques est ensuite conduite en tenant compte des contraintes propres à l’aéronautique. L’ensemble des connaissances acquises sont appliquées à un cas concret de développement assisté par les modèles d’actionneur hautes fréquences pour le contrôle actif de rotor. / In order to introduce new functions in helicopter flight controls, it is necessary to increase the bandwidths of their actuators. A realistic modelling of the entire actuating system, taking into account its power limitations and its energy consumption, as well as the improvement of the existing sealing and guiding device technologies are the two main challenges to reach the desired high frequency without reducing dramatically the actuator lifespan. To support this new development, this work is organized in three parts. A first part presents the state of the art of the helicopter flight controls. A generic actuator architecture is proposed as well as the associated terminology. A second part deals with the development of a detailed knowledge-model using the Bond-graph formalism for the actuating system. A particular effort is made to standardize the components and their interfaces in an object-oriented approach. The last part deals with the sealing and guiding devices of flight control cylinders. Given the objective of using fluid bearings, the various ways of generating a normal force within a fluid film are analyzed. Then, a more detailed study of the hydrostatic thrust bearings and the conical hybrid bearings is then carried out taking into account the constraints specific to aeronautics. All the knowledge acquired is applied to a concrete case of development, aided by the models, of high frequency actuators for the active control of a rotor.

La compréhension de l'irradiation à l'échelle du nanomètre dans les systèmes biomoléculaires nécessite l'observation de caractéristiques nouvelles auxquelles les développements techniques actuels nous permettent d'accéder. Ce travail se situe au coeur de la construction du nouveau dispositif DIAM Dispositif d’Irradiation d’Agrégats de Molécules biologiques développé à l’Institut de Physique Nucléaire de Lyon. Le développement d’une source d’agrégats associée à un spectromètre de masse à double focalisation a permis l’obtention des premiers faisceaux d’agrégats moléculaires protonés sélectionnés en masse. De plus, un système de détection innovant a été développé et validé dans des expériences de dissociations d’agrégats d’eau protonés par collision sur un gaz. Les résultats obtenus contribuent à la connaissance de la stabilité et de la structure des petits agrégats d’eau protonés et des agrégats mixtes d’eau et de pyridine protonés / Nanoscale characterization of irradiation in biomolecular systems requires observation of novel features which are now achievable with the recent technical progress. This work is a central part in the development of DIAM which is a new experimental set-up devoted to irradiation of biomolecular clusters at the Institut de Physique Nucléaire de Lyon. The development of the cluster source and of a double focusing mass spectrometer leads to the production of intense beams of mass selected protonated molecular clusters. Combined with this mass selected cluster beams an innovative detection technique is demonstrated in collision induced dissociation experiments. The results contribute to the knowledge of the stability and the structure of the small protonated water clusters and mixed clusters of water and pyridine

Le travail de recherche effectué dans cette thèse a été réalisé dans le cadre d'une convention CIFRE entre le laboratoire IMS de l'université Bordeaux 1 et la société Airbus Operations S.A.S. Cette thèse traite de la détection robuste et précoce des pannes oscillatoires de faible amplitude dans les systèmes de commandes de vol électriques. Une panne oscillatoire est une oscillation anormale d'une surface de contrôle due à un dysfonctionnement dans la chaîne d'asservissement de la servocommande d'une gouverne. Les pannes oscillatoires ont une influence sur la structure, l'aéroélasticité et la pilotabilité de l'avion, lorsqu'ils sont situés dans la bande passante de l'actionneur. La capacité à détecter ces pannes est très importante car elles ont un impact sur la conception structurale de l'avion. Au plan méthodologique, nous nous sommes focalisés sur l'estimation adaptative des paramètres et de l'état à base d'une technique de filtrage non linéaire local. Le mécanisme de filtrage opère sur un modèle non linaire de la chaine de contrôle-commande de l’actionneur hydraulique en amont des surfaces de contrôle. L'algorithme d'estimation est basé sur une interpolation polynomiale d'opérateurs linéaire, et offre l'avantage d'une implémentation relativement aisée. Un problème crucial et sous-jacent est la détermination des hyper-paramètres de réglage de cet algorithme. Nous avons proposé une démarche hors-ligne dédiée, en intégrant un critère de sensibilité vis-à-vis des pannes que nous devons détecter. La technique proposée a été implémentée et testée: les résultats expérimentaux obtenus sur banc essai et sur un simulateur A380 ont clairement mis en évidence l'apport de la nouvelle approche en termes de performances, tout en gardant le même niveau de robustesse. / The research work done in this PhD has been caried out in the frame of an industrial convention (CIFRE) between the IMS laboratory and Airbus Operations S.A.S. The thesis deals with robust and early detection of oscillatory failures (OFC: Oscillatory Failure Case) in the Electrical Flight Control System. An oscillatory failure is an abnormal oscillation of a control surface due to component malfunction in control surface servoloops. OFCs have an influence on structural loads, aeroelasticity and controllability when located within the actuator bandwidth. The ability to detect these failures is very important because they have an impact on the structural design of the aircraft. Usual monitoring techniques cannot always guarantee to remain within an envelope with acceptable robustness. In this work, we develop a model based strategy to detect such failures with small amplitude at a very early stage. The monitoring strategy is based on dedicated non linear local filtering for on-line joint parameter/state estimation, allowing for model parameter variations during A/C flight. This strategy is associated with the same decision making rules as currently used for in-service Airbus A380. We propose a method for adjusting the tuning parameters so that various design goals and trades-off can be easily formulated and managed. The performance of the proposed fault detection scheme is measured by its detection delay, its propensity to issue false alarms and whether it permits a failure to go undetected. The proposed technique has been implemented and tested with success on Airbus test facilities including an A380 flight simulator.

L’effet du vol d’avancement sur le bruit de choc de jets supersoniques sous-détendus est étudié de manière expérimentale. La structure de tels jets est d’abord explorée, avec et sans vol simulé. L’analyse employée allie des visualisations strioscopiques à des mesures quantitatives de pression statique et de vitesse, par vélocimétrie laser Doppler et vélocimétrie par images de particules. L’accent est mis sur l’étude de l’écoulement moyen et des propriétés de la turbulence dans la couche de mélange. L’effet du vol sur la composante tonale du bruit de choc, le screech, est ensuite examiné. A l’aide d’une antenne azimutale de microphones placée dans le champ proche acoustique, une analyse fine des modes du screech est notamment proposée. Par ailleurs, plusieurs effets de cette composante de bruit sur la dynamique du jet sont mis en évidence, en particulier l’oscillation des chocs ; on montre que cette oscillation est intimement liée au mode du screech. De manière à étudier spécifiquement la composante large bande du bruit de choc, diverses techniques de suppression du screech sont ensuite explorées.L’utilisation d’une tuyère crénelée s’est révélée satisfaisante pour l’éliminer de manière non-intrusive et a permis de déduire son influence sur le bruit de choc large bande. Enfin, l’effet du vol sur cette dernière composante est déterminé par l’étude de l’évolution de sa fréquence centrale, de son amplitude et de sa forme spectrale en situation de vol simulé. Une explication des tendances observées est alors proposée à la lumière des résultats aérodynamiques obtenus. / The flight effects on the shock-associated noise components of underexpanded supersonic jets are experimentally studied. To begin with, the jet structure is investigated, with and without simulated flight. To that end, Schlieren visualizations are combined with quantitative measurements of static pressure and velocity, by laser Doppler velocimetry and particle image velocimetry. The investigation focuses on the mean flow and on the properties of the mixing layer turbulence. Then, the effects of flight on the tonal component of shock-associated noise, the so-called screech, are studied. By means of a near field, azimuthal microphone antenna, a detailed analysis of its modal behaviour is proposed. Furthermore, several effects of screech on the jet dynamics are highlighted, like the shock oscillations. It is shown that these oscillations are closely connected to the screech mode. In order to study specifically the broadband component of shock-associated noise, several screech suppression techniques are considered. It is found that a notched nozzle is successful in non-intrusively suppressing it. This device is then used to deduce the screech influence on the broadband shock-associated noise.Finally, some effects of flight on the latter component are pinpointed through the study of the evolutionof its amplitude, peak frequency and spectral shape under flight conditions. The observed tendencies are explained in light of the aerodynamic results obtained.

Le développement des logiciels avioniques les plus critiques, comme les commandes de vol électriques, présentent plusieurs contraintes qui peuvent être quasiment contradictoires – par exemple, performance et sûreté – et toutes ces contraintes doivent être respectées simultanément. L'objective de cette thèse est d'étudier et de proposer des évolutions dans le cycle de développement des logiciels de commande de vol chez Airbus afin d'améliorer leur performance, tout en respectant les contraintes industrielles existantes et en conservant des processus de vérification au moins aussi sûrs que ceux utilisés actuellement. Le critère principal d'évaluation de performance est le temps d'exécution au pire cas (WCET), vu qu'il est utilisé lors des analyses temporelles des logiciels de vol réels. Dans un premier temps, le DO-178, qui contient des considérations pour l'approbation des logiciels avioniques, est présenté. Le DO-178B et le DO-178C sont étudiés. Le DO-178B est la référence pour plusieurs logiciels de commande de vol développés chez Airbus et le DO-178C est la référence pour le développement des nouveaux logiciels à partir de 2012. Ensuite, l'étude de cas est présentée. Afin d'améliorer sa compréhension, le contexte historique est fourni à travers l'étude des autres logiciels de commande de vol, car plusieurs activités de son cycle de vie réutilisent des techniques qui ont été utilisées avec succès dans des projets précédents. Quelques activités qui présentent des causes potentielles de pertes de performance logicielle sont exposées et l'axe principal d'étude choisi pour le reste de la thèse est la phase de compilation. Ce choix se justifie dans le contexte des logiciels de commande de vol car la compilation est réalisée avec peu ou pas d'optimisations, son impact sur la performance des logiciels est donc important et des travaux de recherche récents permettent d'envisager un changement dans les paradigmes actuels de compilation sûre. / The development of safety-critical avionics software, such as aircraft flight control programs, presents many different constraints that are nearly contradictory, such as performance and safety requirements, and all must be met simultaneously. The objective of this Thesis is to propose modifications in the development cycle of Airbus flight control programs in order to improve their performance without weakening their verification processes or violating other industrial constraints. The main criterion for performance evaluation is the Worst-Case Execution Time (WCET), as it is used in the timing analysis that is performed in actual avionics software verification processes. In a first moment, the DO-178, which contains guidance for avionics software development approval, is presented. Both the DO-178B and the DO-178C are discussed, since the former was the reference for the development of many Airbus flight control programs and the latter shall be the reference for the development of new programs, starting from 2012. Then, the case study is presented. In order to better understand it, some historical context is provided by the study of other flight control programs - many of its life cycle activities reuse techniques that were successful in previous software projects. Each activity is evaluated in order to underline what are the performance bottlenecks in the flight control software development. Some potential underperforming activities are depicted and the main axis of study developed subsequently is the compilation phase: not only it is a well-known unoptimized activity that has important impacts over software performance, but it is also an activity that might undergo a paradigm change due to innovating compilers that are being developed by researchers. The CompCert compiler is presented and its use in the scope of this Thesis is justified - at the time of this Thesis, it was the compiler that was best prepared to perform meaningful experiments, such as compiling a large subset of the chosen case study. Its architecture is studied, together with its semantic preservation theorem, which is the backbone of its formally-verified part. Additional features that were developed in CompCert during this Thesis in order to meet Airbus's requirements - such as its annotation mechanism and its reference interpreter - are discussed in order to underline their usefulness in the development of flight control software. The evaluation of CompCert consists in a performance comparison with the current compilation strategy and an assessment of the impacts that its utilization might have over the verification strategy commonly employed in flight control software. The results of the performance comparison are promising, since CompCert-generated code has a WCET more than 10% lower than if it were compiled with a good quality non-optimizing compiler. As expected, the use of CompCert has impacts over some important verification activities but its formal development and increased verifiability helps in the development of new compiler verification activities that can keep the whole development process at least as safe as the current one. Some development strategy propositions are then presented, according to the certification credit that might be required by using CompCert.

L'essor des communications par satellites et des nouvelles technologies de l'information et de la communication conduisent à une demande croissante de la part des utilisateurs. Ainsi, afin de répondre à ces nouveaux besoins, des services proposant de la connectivité en vol pour les passagers des compagnies aériennes voient le jour. Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur la réalisation de modèles numériques rigoureux de grands réseaux d'antennes destinés à couvrir ce champ applicatif. Après une mise en contexte et un rappel des contraintes liées aux réseaux d'antennes, des véhicules de test numériques et expérimentaux, permettant de valider les méthodologies de modélisation, sont réalisés. La modélisation d'un grand panneau rayonnant à bipolarisation circulaire et acceptant d'importants angles de dépointage est enfin abordée. Cette étude permet alors de statuer sur les performances du panneau, en fonction des consignes de pointage et des dispersions éventuelles des chaînes actives. / The rapid expansion of satellite communications and information and communications technology led to an increasing demand from end-users. Hence, services offering In-Flight Connectivity for airlines passengers are emerging. This work is focused on the implementation of accurate numerical models of large antenna arrays meant for this scope. After having put things into context and recalled issues linked to antenna arrays, numerical and experimental test vehicles are made, allowing to validate the modelling methodologies. Finally, the modelling of a large, dual circular polarization and wide-angle scanning radiating panel is addressed. This study then allows to estimate the performance of the panel function of steering requirements and possible dispersions from the active channels.

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.

La tomographie optique diffuse (TOD) est une méthode d'imagerie médicale émergente permettant de faire l'acquisition des coefficients d'absorption et de diffusion, de même que la détection d'inclusions fluorescentes ou bioluminescentes à l'intérieur d'un sujet. Ce type d'imagerie vise de nombreuses applications, dont la mammographie optique, l'imagerie cérébrale fonctionnelle et l'imagerie sur petits animaux pour la recherche préclinique. La TOD utilise la lumière laser rouge et proche infrarouge pour illuminer le sujet à l'étude. Les photons diffus ressortant du sujet sont ensuite captés par des détecteurs tout autour de l'animal. L'acquisition de données en TOD peut être réalisée dans trois régimes d'opération, soit le régime continu, les mesures dans le domaine fréquentiel et les mesures dans le domaine temporel. Ce dernier régime permet l'obtention d'information beaucoup plus riche que les autres régimes, et est donc le sujet d'intérêt du présent mémoire. Depuis plusieurs années, le laboratoire TomOptUS développe l'instrumentation nécessaire aux systèmes de TOD à mesures dans le domaine temporel (TOD-DT) pour l'imagerie moléculaire in vivo sur petits animaux. Des travaux récents ont mené à la réalisation d'un scanner TOD-DT sans contact et à angles de vue multiples, de même qu'au développement des algorithmes de reconstruction d'image. Le scanner actuel ne permet toutefois pas l'imagerie de sujets vivants, le temps d'acquisition étant trop long pour garder un animal sous anesthésie. Pour améliorer significativement la sensibilité, le nombre de canaux de détection autour du sujet doit être augmenté afin d'éviter le balayage mécanique de multiples positions de détecteurs. Le système actuel a toutefois atteint son plein potentiel, ses possibilités d'expansion étant limitées par le système d'acquisition de données. Les travaux de recherche du présent mémoire portent sur la conception de l'électronique d'un système d'acquisition spécialement conçu pour la TOD-DT et pour l'intégration d'un plus grand nombre de canaux (64 et plus) dans l'anneau de détection. Ce système propose une architecture à canaux multiples extensible permettant de combiner plusieurs canaux dans un seul système d'acquisition. Son système électronique modulaire à carte mère et cartes filles supporte tous les types de détecteurs monophotoniques sur le marché et s'adapte à tout type de signal. Le système d'acquisition offre aussi un procédé de calibration entièrement programmable permettant d'éviter l'ajustement manuel des longueurs de câble lors de l'assemblage du système. Comme le système utilise uniquement des composants électroniques disponibles sur le marché, le coût par canal est réduit de plus d'un ordre de grandeur, passant de > 10 000 CAD pour un système conventionnel à < 750 CAD pour le système dédié. Ce dernier offre des performances très compétitives par rapport aux systèmes d'acquisition commerciaux, avec une taille de bin de 13,02 ps, une précision moyenne de 19 ps largeur à la mi-hauteur (LMH) et une non-linéarité intégrale maximale de 10% LSB.

Les travaux effectués dans le cadre de la thèse de doctorat, ont porté sur la mesure de la mobilité des porteurs de charge dans des semi-conducteurs organiques. La thèse de doctorat a été réalisée en "cotutelle" dans le cadre du programme franco-polonais entre le Département de Chimie de l'Université de Technologie de Wroclaw et les Laboratoire de Chimie des Polymères de l'Université Pierre et Marie Curie, Paris. Certains des résultats présentés ont été obtenus dans le cadre d'un stage scientifique dans la groupe du prof. Jeong Weon Wu à l'Ewha Womans University, Séoul, Corée du Sud. Cette thèse se compose de deux parties principales, une théoriques et expérimentales. Dans le premier, je décris matériaux semi-conducteurs organiques et les techniques de mesure, que je utilisé au cours de la thèse. La partie expérimentale est composé de cinq chapitres. En raison du fait que les molécules recherchées diffèrent fortement dans leurs structures et leurs propriétés, je décidai de présenter chaque chapitre dans la forme d'un article scientifique. La caractéristique commune de toutes les molécules étudiées est la possibilité de l'auto-organisation supramoléculaire dans les structures de cristaux liquides. Je étudié composés accepteurs-donneurs, qui peut être comprise comme matériaux de type p et n semi-conducteur. Au cours de ma thèse j'ai utilisé la technique de temps de vol et mesuré les caractéristiques courant-tension de transistor à effet de champ organique pour déterminer la mobilité des porteurs des charges dans semi-conducteurs organiques. Enfin, je payé beaucoup d'attention aux techniques spectroscopiques, y compris d'absorption femtoseconde résolue en temps. / I have carried out my PhD Thesis within the framework of a Polish-French “cotutelle” program, between Chemistry Department of Wroclaw University of Technology and Laboratoire de Chimie des Polymères of Université Pierre et Marie Curie. The Polish advisor of this work was Prof. Marek Samoć and the French advisor was Prof. André Jean Attias. A part of results described in this Thesis was obtained during a research internship in a group of Prof. Jeong Weon Wu from Ewha Womans University in South Korea. This Thesis is composed of two main parts, a theoretical and experimental. In the former I describe organic semiconducting materials and the measurement techniques, which I utilized during the PhD work. The experimental part is composed of five chapters. Due to the fact that the investigated molecules differed strongly in their structures and properties, I decided to present every chapter within a form of a scientific article. The common feature of all explored molecules is the possibility of supramolecular self organization into liquid crystalline structures, and the opportunity of utilizing these materials in organic electronics and optoelectronics. Among these molecules, both oligomers and polymers can be distinguished. I studied also donor acceptor compounds, which in terms of organic electronics can be understood as materials with p and n type semiconducting character. During my PhD Thesis I used Time-of-Flight technique and measured current voltage characteristics of organic field effect transistor (OFET) to determine charge carriers mobility in organic semiconductor. Finally, I paid a lot of attention to the spectroscopic techniques, including fs transient absorption.

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de l’étude des lois de commandes de vol pour hélicoptères. Les automaticiens doivent régler les gains de ces lois de manière à respecter au mieux les exigences de Qualités de Pilotage extraites de la norme ADS-33. La norme traduit ces exigences en termes de critères de Qualités de Vol. Ils évaluent la qualité de la stabilité, de l'agilité, et du suivi des consignes du pilote par la machine. Ils traduisent la pilotabilité de l'hélicoptère pour un pilote « moyen » de référence. A part une technique d’optimisation interactive développée à la NASA et l'US Army depuis 40 ans, il n’existe pas de méthode appropriée à ce problème. Les réglages sont effectués de manière empirique et itérative. L’ONERA propose une approche méthodologique structurée. L’objectif de la thèse consiste à développer cette méthodologie de manière à gérer deux contraintes supplémentaires par rapport aux capacités des méthodes de synthèse classiques en automatique : la capacité à prendre en compte la structure contrainte des lois de commande et les exigences spécifiques en terme de Qualités de Vol selon la norme ADS-33.Une technique d'amélioration des Qualités de Vol par analyse de sensibilités entre les gains et les critères est développée. Puis une méthodologie d’initialisation des gains est proposée, via la création et l’utilisation efficace de nouveaux abaques de Qualités de Vol pour modèles équivalents simplifiés. Afin d'améliorer l'efficacité de ce réglage initial, deux contraintes supplémentaires sont prises en compte (énergie et découplage). Enfin, un processus complet de réglage est proposé : initialisation, ajustement linéaire et ajustement non linéaire. / This study is in the field of designing helicopter control laws. Designers must tune the gains of these laws in order to meet as much as possible Handling Qualities requirements from ADS-33. This standard translates these requirements in terms of Flying Qualities requirements. Then, we can evaluate the quality of the stability, of the quickness, and of the ability of the machine to follow the inputs from the pilot. Apart from an interactive optimization technique developed at NASA and US Army over the last 40 years, no appropriate method exists to solve this problem. Then, empirical iterative tunings are led. ONERA addresses this issue through a structured methodological approach. The aim of the thesis is to develop this methodology, taking into account two additional constraints compared with the capabilities of usual synthesis methods used in automatics: the capability to deal with the constraints from the control law structures and with the Handling Qualities requirements from the ADS-33 standards. A technique is developed to improve the Flying Qualities using sensitivity studies between gains and criteria. Then, a methodology to initialize the gains is developed, through the creation and the efficient usage of new Flying Qualities-based charts for equivalent simplified models. In order to improve the efficiency of the initial tuning, two additional constraints are taken into account (uncoupling and energy). Thus, a complete full procedure of tuning is proposed: initialization, linear adjustment and non linear adjustment.