Bidisciplinary shape conception methodologies for aerodynamics and electromagnetism

Ce travail de thèse présente une démarche méthodologique pour l'optimisation de formes d'avions furtifs, intégrant simultanément les performances aérodynamiques et la réduction de la signature radar. L'objectif est de proposer une approche adaptée au contexte industriel, capable de traiter des géométries complexes et de répondre aux exigences de la conception multi-physique à haute fidélité. La première partie du travail consiste à mettre en place un cadre d'optimisation multi-objectif, combinant modélisation paramétrique de la géométrie, simulation aérodynamique et estimation rapide de la signature radar. Les observables aérodynamiques sont calculées à l'aide d'une méthode RANS, et la surface équivalente radar est calculée à l'aide d'une méthode de basse fidélité appelée optique physique. Afin d'améliorer la convergence, nous utilisons une approche multifréquences pour le calcul de surface équivalente radar. Cette approche permet d'explorer efficacement les compromis entre traînée et furtivité, en identifiant un ensemble de solutions Pareto optimales représentatives des différents arbitrages possibles. L'utilisation de méthodes adjointes pour le calcul des gradients s'avère déterminante pour réduire le nombre d'évaluations de fonctions et accélérer le processus d'optimisation, rendant possible l'exploration d'espaces de conception de grande dimension. Le recours à une paramétrisation géométrique à l'aide d'un modeleur de conception assistée par ordinateur, plutôt qu'à des techniques free-form deformation, garantit la validité industrielle des formes générées, facilite l'intégration des contraintes multi-disciplinaires et le passage à la fabrication. La seconde partie du travail porte sur l'application de cette démarche à l'optimisation par méthode des éléments de frontière (BEM) en trois dimensions, permettant une évaluation plus précise de la signature radar. Une formulation adjointe spécifique a été développée pour le calcul efficace des gradients dans ce contexte. Malgré certaines limitations, notamment liées à la convergence et à la prise en compte d'une seule fréquence d'analyse, l'approche a permis de réduire significativement la fonction coût et de démontrer la faisabilité de l'optimisation de formes complexes à haute fidélité. Les résultats obtenus mettent en évidence le gain de performance par rapport aux méthodes classiques pour le calcul du gradient, ouvrant la voie à des optimisations plus ambitieuses. En conclusion, ce travail illustre la pertinence d'une chaîne numérique intégrée, combinant modélisation géométrique, simulation multi-physique et optimisation avancée, pour l'exploration de compromis innovants en aéro-furtivité. Les perspectives ouvertes concernent l'amélioration des formulations adjointes, la prise en compte de cas multifréquences pour l'optimisation haute fidélité, l'intégration de modèles de plus haute fidélité et l'extension à d'autres disciplines (furtivité infrarouge ou encore mécanique des structures, notamment pour prendre en compte les déformées structurales, qui impactent la signature radar, ...), afin de renforcer l'impact industriel et scientifique de la démarche proposée.