Étude d'un problème d'optimisation en aéroélasticité avec incertitudes

Thèse effectuée du 1er février 2011 au 31 janvier 2014. Soutenue le 10 avril 2014.Research in optimization is a fundamental field for aircraft manufacturers. The performance of airplanes is a crucial element in the commercial competition that pit main aircraft manufacturers against each other. Since 2000, composite materials have been more and more used in aircraft design. This shows the manufacturers' desire to reduce the airplane weight to diminish kerosene consumption. At the same time, safety has become a major concern for all the parties involved. But the use of composite materials, which are designed with a margin of tolerance on the physical properties to cut cost, causes unwanted variations in the structure. Other factors in the airplane design could also disrupt the overall structure of the final product. An airplane model is intended to be modified according to the manufacturer's wishes and their evolution, but feasibility studies must be carried out before the structural design is complete, in order to make sure that the model is viable. Elements which are not modeled in the structure, e.g. cables, can affect the overall behavior of the airplane. These uncertainties have a non-negligible influence on the stability of the structure during flights. Some studies have started to take into account these uncertainties in the optimization process, but they usually consist in adapting existing deterministic algorithms, without regard for the inherent uncertainty of the problem. In order to take uncertainty into account, we propose to represent these uncertainties by random variables and to use theoretical tools that are used in other domains, such as financial mathematics.La recherche en optimisation est un secteur crucial pour les constructeurs aéronautiques. La performance des appareils est un élément déterminant dans la compétition commerciale qui oppose les principaux manufacturiers du marché. L'incorporation de plus en plus massive des matériaux composites dans les avions de ligne dans les années 2000 illustre le désir des constructeurs de réduire la masse de leurs appareils pour en diminuer la consommation de kérozène. Parallèlement, la sécurité est devenue au fil des années une préoccupation majeure pour l'ensemble des acteurs. Cependant, l'emploi massif de matériaux composites, dont les propriétés physiques sont très intéressantes pour les constructeurs mais qui sont conçus avec une marge de tolérance pour des raisons de coût, induit des variations indésirables dans la structure, des incertitudes. Outre ces matériaux, d'autres éléments non prévisibles sont susceptibles de perturber la structure de l'appareil. Le modèle d'un avion en avant-projet est toujours amené à évoluer pour répondre aux évolutions des exigences du constructeur, mais des études de faisabilité doivent être menées avant que la structure ne soit totalement définie, afin de s'assurer de la viabilité du modèle. Des éléments non pris en compte dans la structure, comme les câbles, peuvent également avoir une influence non négligeable sur le comportement global de l'appareil. Ces incertitudes ont un impact non négligeable sur la stabilité de la structure en vol. Des études ont commencé à incorporer cet aspect incertain dans les processus d'optimisation, mais généralement en adaptant les algorithmes existants et sans exploiter la nature incertaine des problèmes. Afin de tenir compte de l'aspect incertain, on se propose de représenter ces incertitudes par des variables aléatoires et d'exploiter des outils théoriques développés dans d'autres domaines, notamment les outils des mathématiques financières