Multi-objective environmentally-friendly departure procedures for civil aircraft: modeling, optimization and robustness assessment

Cette thèse présente le concept MCDP (Multi-Criteria Departure Procedure), qui a comme objectif l'optimisation des procédures de départ afin de minimiser l'impact environnemental des avions. Ces impacts portent essentiellement sur les nuisances acoustiques, la qualité de l'air et l'émission des gaz d'effet de serre. Il n'existe pas une seule procédure capable de minimiser les trois critères simultanément. Le concept MCDP est donc modélisé par un problème d'optimisation multi-objectif sous contraintes. La technique de recherche directe MADS est utilisée pour obtenir les trajectoires Pareto optimales associées au problème d'optimisation. Des indicateurs de robustesse sont ensuite construits pour analyser l'impact des incertitudes sur le front de Pareto. L'application des méthodologies développées aux avions Airbus montre le potentiel intérêt d'optimiser la phase de départ en termes environnementaux.This Ph.D. work introduces the MCDP (Multi-Criteria Departure Procedure) concept, the aim of which is to optimize civil aircraft departure procedures in order to minimize their environmental impact, mainly represented by noise, local air quality and greenhouse gas emissions. It is not possible to determine a single departure procedure minimizing the three objectives simultaneously. Therefore, the concept is modeled as a multi-objective, constrained optimization problem. The MADS direct search optimization technique is used to obtain the Pareto optimal departure procedures associated with this problem. Robustness indicators have then been built to determine the impact of uncertainty on the Pareto front. Application to Airbus aircraft of the methodologies developed shows the potential interest of optimizing the departure phase in terms of environmental benefits