La modélisation des systèmes dynamiques requiert la prise en compte d'incertitudes liées à l'existence inévitable de bruits (bruits de mesure, bruits sur la dynamique), à la méconnaissance de certains phénomènes perturbateurs mais également aux incertitudes sur la valeur des paramètres (spécification de tolérances, phénomène de vieillissement). Alors que certaines de ces incertitudes se prêtent bien à une modélisation de type statistique comme par exemple les bruits de mesure, d'autres se caractérisent mieux par des bornes, sans autre attribut. Dans ce travail de thèse, motivés par les observations ci-dessus, nous traitons le problème de l'intégration d'incertitudes statistiques et à erreurs bornées pour les systèmes linéaires à temps discret. Partant du filtre de Kalman Intervalle (noté IKF) développé dans [Chen 1997], nous proposons des améliorations significatives basées sur des techniques récentes de propagation de contraintes et d'inversion ensembliste qui, contrairement aux mécanismes mis en jeu par l'IKF, permettent d'obtenir un résultat garanti tout en contrôlant le pessimisme de l'analyse par intervalles. Cet algorithme est noté iIKF. Le filtre iIKF a la même structure récursive que le filtre de Kalman classique et délivre un encadrement de tous les estimés optimaux et des matrices de covariance possibles. L'algorithme IKF précédent évite quant à lui le problème de l'inversion des matrices intervalles, ce qui lui vaut de perdre des solutions possibles. Pour l'iIKF, nous proposons une méthode originale garantie pour l'inversion des matrices intervalle qui couple l'algorithme SIVIA (Set Inversion via Interval Analysis) et un ensemble de problèmes de propagation de contraintes. Par ailleurs, plusieurs mécanismes basés sur la propagation de contraintes sont également mis en oeuvre pour limiter l'effet de surestimation due à la propagation d'intervalles dans la structure récursive du filtre. Un algorithme de détection de défauts basé sur iIKF est proposé en mettant en oeuvre une stratégie de boucle semi-fermée qui permet de ne pas réalimenter le filtre avec des mesures corrompues par le défaut dès que celui-ci est détecté. A travers différents exemples, les avantages du filtre iIKF sont exposés et l'efficacité de l'algorithme de détection de défauts est démontré.

The author received the Ph.D. degree in Automatic Control from the Saint-Petersburg State Electrical Engineering University (Russia) in 2001, and the Dr.Sc. degree in Automatic control in 2006 from Institute for Problems of Mechanical Engineering RAS (Saint-Petersburg, Russia). From 2000 to 2009 he was research fellow of the Institute for Problems of Mechanical Engineering RAS, Control of Complex Systems Laboratory. From 2006 to 2011 he was working with the LSS (Supelec, France), the Montefiore Institute (University of Liege, Belgium) and the Automatic control group at IMS lab (University of Bordeaux I, France). Since 2011 he joined the Non-A team at INRIA-LNE centre in Lille, France. He is a member of the IFAC TCs on Adaptive and Learning Systems and Control for Society. He is Senior member of IEEE. His main research interests include nonlinear oscillation analysis, observation and control, switched and nonlinear system stability. During his scientific carrier he published over 140 papers, books and technical reports. The subject of the dissertation deals with the main research direction of the author: analysis, estimation and control in nonlinear oscillating systems. It is an emerging area of research touching many applicative domains. This field strives for new estimation and control algorithms since frequently, due to peculiarities of this type of systems, the conventional approaches do not provide solutions with a satisfactory performance. Some control and estimation solutions for oscillating systems proposed by the author are given in the thesis. The hybrid or/and supervisory systems method is selected as the basement of design of new tools for analysis, observation and control of nonlinear oscillations. The first chapter of the thesis deals with presentation of scientific background and experience of the author. In the second chapter an approach to analysis of existence of oscillations is presented, an adaptive control algorithm for bifurcation control is briefly described, and an approach for entrainment of periodical systems based on PRC is introduced. In the third chapter the main planned future directions of research of the author are given. Appendices contain the full list of publications and the texts of four selected papers.

Producteur d'électricité, la CNR gère 19 barrages et 19 centrales hydroélectriques répartis le long du Rhône de la frontière Suisse à la Méditerranée. La majorité des aménagements de ce fleuve sont équipés de la commande prédictive. Cette méthode de régulation a nettement amélioré la gestion de ces aménagements. Cependant, il existe des situations qui perturbent le calcul de cette commande. L'objectif de ce travail de recherche est donc de mettre au point une méthodologie et des algorithmes pour détecter les sources d'erreurs, les corriger et recaler le modèle hydraulique sur lequel s'appuie le calcul de la commande, au fur et à mesure de l'acquisition des données observées. Pour cela, la méthode d'assimilation de données de type stochastique tel que le filtre de Kalman semble être la plus adaptée. L'hypothèse forte de cette méthode est la nécessité d'employer un modèle linéaire bien que le système étudié soit non-linéaire. De ce fait, analyser l'impact de la linéarisation du modèle et déterminer ses limites d'application, furent indispensable. Pour s'assurer de l'efficacité de cette méthode, une étude de la convergence du filtre a été menée. Puis les notions d'observabilité et de détectabilité ont été abordées afin de déterminer les hypothèses suffisantes à la convergence du filtre. Pour illustrer ces études, des tests sur des expériences jumelles ont été réalisés afin de voir si le filtre de Kalman joue bien son rôle d'estimateur d'état dans diverses situations jugées problématiques pour la régulation. L'originalité de ce travail a aussi été la possibilité de traiter des scénarii réels sur la plateforme de tests de la régulation de la CNR. Cet outil a donc servi à faire un comparatif entre la méthode de mise à jour des observations qui est actuellement utilisée pour la régulation des aménagements du Rhône et celle qui est étudiée dans ce travail de thèse.

Dans cette thèse, nous étudions un système à temps discret de dimension N, dont les paramètres varient périodiquement. Le système de dimension N est construit à partir de n sous-systèmes de dimension un couplés symétriquement. Dans un premier temps, nous donnons les propriétés générales du système de dimension N. Dans un second temps, nous étudions le cas particulier où le sous-système de dimension un est défini à l'aide d'une transformation logistique. Nous nous intéressons plus particulièrement à la structure des bifurcations lorsque N=1 ou 2. Des zones échangeurs centrées sur des points cuspidaux sont obtenues dans le cas de courbes de bifurcation de type fold (nœud-col). Ensuite, nous nous intéressons au comportement de circuits de type Chua couplés lorsqu'un paramètre varie lui aussi périodiquement, la période étant celle d'une des variables d'état interne au système. A partir de l'étude des bifurcations du système, la non existence de cycles d'ordre impair et la coexistence de plusieurs attracteurs est mise en évidence. D'autre part, on peut mettre en évidence la coexistence de différents attracteurs pour lesquels les états de synchronisation sont distincts. Le cas continu est comparé avec le cas discret. Des phénomènes tout à fait similaires sont obtenus. Il est important de noter que l'étude d'un système à temps discret est plus facile et plus rapide que celle d'un système à temps continu. L'étude du premier système permet donc d'avoir des informations sur ce qui peut se produire dans le cas continu. Pour terminer, nous analysons le comportement d'un autre système couplé à temps continu, basé lui aussi sur le circuit de Chua, mais pour lequel la commutation qui contrôle la variation du paramètre s'effectue différemment du premier système. Ce type de commutation génère une augmentation du nombre d'attracteurs.

Cette thèse présente une approche de modélisation inspirée par la robotique pour l'étude des changements conformationnels des protéines. Cette approche est basée sur une représentation mécanistique des protéines permettant l'application de méthodes efficaces provenant du domaine de la robotique. Elle fournit également une méthode appropriée pour le traitement " gros-grains " des protéines sans perte de détail au niveau atomique. L'approche présentée dans cette thèse est appliquée à deux types de problèmes de simulation moléculaire. Dans le premier, cette approche est utilisée pour améliorer l'échantillonnage de l'espace conformationnel des protéines. Plus précisément, cette approche de modélisation est utilisée pour implémenter des classes de mouvements pour l'échantillonnage, aussi bien connues que nouvelles, ainsi qu'une stratégie d'échantillonnage mixte, dans le contexte de la méthode de Monte Carlo. Les résultats des simulations effectuées sur des protéines ayant des topologies différentes montrent que cette stratégie améliore l'échantillonnage, sans toutefois nécessiter de ressources de calcul supplémentaires. Dans le deuxième type de problèmes abordés ici, l'approche de modélisation mécanistique est utilisée pour implémenter une méthode inspirée par la robotique et appliquée à la simulation de mouvements de grande amplitude dans les protéines. Cette méthode est basée sur la combinaison de l'algorithme RRT (Rapidly-exploring Random Tree) avec l'analyse en modes normaux, qui permet une exploration efficace des espaces de dimension élevée tels les espaces conformationnels des protéines. Les résultats de simulations effectuées sur un ensemble de protéines montrent l'efficacité de la méthode proposée pour l'étude des transitions conformationnelles.

L'étude menée dans cette thèse porte sur la logistique multi-objectif des déchets ménagers. Elle s'est déroulée en partenariat avec une collectivité locale, la Communauté d'Agglomération du Muretain (CAM) située près de Toulouse qui nous a fournit les problématiques et les différents paramètres à prendre en compte pour le développement de l'étude. Cette thèse s'est déroulée au sein de deux équipes, dans l'équipe de Production Automatisé (PA) du Laboratoire de Génie de Production (LGP) de Tarbes ainsi que dans l'équipe de Modélisation d'Optimisation et de Gestion Intégrée de Systèmes d'Activités (MOGISA) du Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS) de Toulouse. Il y a une trentaine d'année, le traitement des déchets se résumait à une simple mise en décharge. Depuis une conscience collective des problématiques environnementales a placé le traitement des déchets au cœur des préoccupations publiques. La gestion qui est faite des déchets ménagers constitue un enjeu environnemental, économique, social et de citoyennetés majeures, directement lié aux modes de consommation et à la société plus généralement. En France, les municipalités ou les collectivités locales, regroupant plusieurs municipalités, ont en charge de collecter et de convoyer les déchets vers leur lieu de traitement. Dans l'étude proposée, nous allons nous intéresser à la partie logistique, et plus précisément à la collecte et au transport des déchets ménagers et assimilés jusqu'à leur point de décharge (déchetteries, centre de transfert ou centre de traitement directement). Le but étant d'optimiser le transport de déchets tout en gardant une bonne qualité de service. Les enjeux mis en relief pour cette problématique sont les enjeux classiques imposés par toute étude visant à améliorer un service publique : un enjeu économique classique (minimiser les coûts de collecte et de transport), un enjeu environnemental évident (diminuer l'impact environnemental), un enjeu de qualité (satisfaire au mieux les usagers) et enfin un enjeu social (satisfaire les conditions de travail des employés). On va donc ici se concentrer sur l'aspect opérationnel journalier de la gestion. Lorsque celui-ci concerne une planification de trajet pour plusieurs véhicules en même temps qui doivent chacun faire leur circuit en livrant une certaine quantité de produit à chaque client cela se nomme le problème de tournées de véhicules (Vehicle Routing Problem). Ce problème pratique est souvent étudié pour des cas réels et se complexifie avec l'ajout de nombreux paramètres et contraintes, comme par exemple des contraintes d'horaire de passage sur certaines parties du réseau ; ou encore par l'ajout de plusieurs critères à optimiser en mêmes temps, comme par exemple les critères représentant les coûts et ceux représentant l'équilibrage de tournées, etc. Dans cette thèse, nous avons étudié plus précisément deux problèmes émergents dus aux particularités de la collectivité partenaire. La première concerne la construction à proprement parler des tournées sur une semaine. En effet, sur ce territoire une partie des points de collecte sont ramassés deux par semaine et une autre une seule fois. Le souci est de garder des tournées relativement "similaires" pour éviter de proposer aux usagers et aux employés de collecte de changer leurs habitudes trop régulièrement. La seconde particularité étudiée est celle de l'évolution des données au sein de cette collectivité. Non seulement son nombre d'habitation ne cesse d'augmenter, mais son taux de collecte augmente lui aussi. De la même façon le but de cette étude est de permettre d'intégrer ces nouvelles données sans perturber la solution courante. Nous avons donc pour cela, proposer plusieurs études comparatives afin de prendre en charge ses différents problèmes. Ces études portent sur différentes méthodes proposées pour prendre en charge l'organisation hebdomadaire des tournées et l'évolution des données au cours du temps. Pour cela, nous avons utilisés des méthodes heuristiques et méta-heuristiques en tenant compte de un ou plusieurs critères. L'étude proposée a montré les avantages et les inconvénients d'utiliser des méthodes heuristiques par rapport à certaines méthodes multi-objective. Les méthodes heuristiques sont des méthodes plus rapides, très efficace en terme de stabilité, tandis que les méthodes multi-objectif sont des méthodes plus longues, moins bonnes sur le plan de la stabilité mais qui dans certains cas proposent de très bonnes solutions en terme de distance et donc de coût.

Les drones sont des aéronefs sans pilote à bord. Ils remplissent des missions variées, historiquement à vocation militaire (renseignement, désignation de cibles,... ) mais aussi, plus récemment, à portée plus générale (agriculture, observation scienti que, surveillance de feu,... ). On s'intéressera ici plus particulièrement aux drones de petites tailles, de moins de 1kg, les micro-drones. Ils se distinguent des aéronefs traditionnels sur plusieurs points. Leur utilité principale est de pouvoir remplacer des aéronefs pilotés de grande taille pour un coût moins élevé. Cet impératif de coût a pour conséquence directe des limitations dans le choix du matériel et impose également un cycle de développement plus court. Ces deux points ont un impact sur le développement des lois de pilotage. D'une part, les mesures utilisées sont de moins bonne qualité et d'autre part, le temps consacré à la modélisation du système, à la synthèse des lois de commande et à leur optimisation sur le système réel se doit d'être le plus court possible. Les micro-drones o rent également des modes de fonctionnement qui ne sont pas envisagés pour les grands aéronefs grâce à leur agilité et la liberté de con guration dont ils jouissent. L'absence de pilote relâche les contraintes physiologiques dans le choix des man÷uvres et permet d'envisager un agencement plus innovant des éléments du véhicule sans conséquence pour le confort du pilote. Certaines con gurations de drones permettent d'atteindre au cours d'un même vol des modes de vols di érents, traditionnellement associés à des appareils di érents. Une autre caractéristique des micro-drones est leur besoin en terme de charge utile. Leur faible capacité d'emport interdit le choix d'un imposant système qui permettrait de réaliser plusieurs types de missions. Par contre, il est possible de considérer le micro-drone comme une plateforme sur laquelle on peut monter une variété de charges utiles selon la mission du moment. Ces modi cations entrainent une variation de la masse et de l'inertie du système plus signi cative sur un micro-drone en raison de la part importante de la charge utile dans le bilan de masse. Développer des lois de commande pour une telle plateforme revient donc à développer des lois de commandes pour une famille de drones.

Ces deux dernières décennies, les systèmes embarqués ont été introduits dans de nombreux domaines d'application (transport, industrie, habitat, médical...). Ces systèmes se sont vu confier des tâches plus importantes pour délivrer de nouveaux services aux utilisateurs avec des délais de mise sur le marché toujours plus courts et à moindre coût. L'intégration rapide de ces systèmes au sein de produits manufacturés est un avantage concurrentiel pour les industriels. Cependant, les pannes associées à ces systèmes et le niveau de complexité croissant des équipements ont rendu les interventions de maintenance bien plus délicates. L'identification des causes de certaines pannes représente actuellement un véritable challenge dans les activités de la maintenance. Elles entrainent une indisponibilité excessive des équipements.Cette thèse propose une architecture générique de surveillance "active" pour l'aide à la maintenance de systèmes mobiles. Cette architecture repose sur des entités de surveillance "intelligentes" capables d'évaluer l'état de santé des équipements surveillés. Notre contribution se situe à la rencontre de différentes communautés de Recherche et s'appuie notamment sur des concepts développés par lacommunauté PHM (Pronostics and Health Management).L'architecture proposée est mise en œuvre et appliquée a la surveillance d'un système réel de transport ferroviaire dans le cadre du projet SURFER (SURveillance active FERroviaire) conduit par Bombardier-Transport.

Le réseau sans fil est l'un des domaines de réseautage les plus prometteurs avec des caractéristiques uniques qui peuvent fournir la connectivité dans les situations où il est difficile d'utiliser un réseau filaire, ou lorsque la mobilité des nœuds est nécessaire. Cependant, le milieu de travail impose généralement diverses contraintes, où les appareils sans fil font face à différents défis lors du partage des moyens de communication. De plus, le problème s'aggrave avec l'augmentation du nombre de nœuds. Différentes solutions ont été introduites pour faire face aux réseaux très denses. D'autre part, un nœud avec une densité très faible peut créer un problème de connectivité et peut conduire à l'optension de nœuds isolés et non connectes au réseau. La densité d'un réseau est définit en fonction du nombre de nœuds voisins directs au sein de la portée de transmission du nœud. Cependant, nous croyons que ces métriques ne sont pas suffisantes et nous proposons une nouvelle mesure qui considère le nombre de voisins directs et la performance du réseau. Ainsi, la réponse du réseau, respectant l'augmentation du nombre de nœuds, est considérée lors du choix du niveau de la densité. Nous avons défini deux termes: l'auto-organisation et l'auto-configuration, qui sont généralement utilisés de façon interchangeable dans la littérature en mettant en relief la différence entre eux. Nous estimons qu'une définition claire de la terminologie peut éliminer beaucoup d'ambiguïté et aider à présenter les concepts de recherche plus clairement. Certaines applications, telles que Ies systèmes "In-Flight Entertainment (IFE)" qui se trouvent à l'intérieur des cabines d'avions, peuveut être considérées comme des systèmes sans fil de haute densité, même si peu de nœuds sont relativement présents. Pour résoudre ce problème, nous proposons une architecture hétérogène de différentes technologies à fin de surmonter les contraintes spécifiques de l'intérieur de la cabine. Chaque technologie vise à résoudre une partie du problème. Nous avons réalisé diverses expérimentations et simulations pour montrer la faisabilité de l'architecture proposée. Nous avons introduit un nouveau protocole d'auto-organisation qui utilise des antennes intelligentes pour aider certains composants du système IFE; à savoir les unités d'affichage et leurs systèmes de commande, à s'identifier les uns les autres sans aucune configuration préliminaire. Le protocole a été conçu et vérifié en utilisant le langage UML, puis, un module de NS2 a été créé pour tester les différents scénarios.

Si l'utilisation de voix et vidéo sur ip fonctionne correctement sur un réseau WiFi avec un seul point d'accès, les performances en terme de qualité de service sont altérées sur un réseau WiFi maillé où chaque point d'accès sert de relais aux suivants. En effet, le partage d'un même canal radio sur de grandes surfaces par plusieurs noeuds qui ne se captent pas toujours permet difficilement d'établir des communications nécessitant de la qualité de service. La difficulté d'une analyse par expérimentation, due à la difficulté d'observation des communications, a orienté l'étude vers la simulation. En l'absence de simulateurs existants adéquats au vu d'un réseau maillé qui est un concept récent, l'objet de cette thèse est la création, l'étude et l'exploitation d'un simulateur, basé sur des réseaux de Petri, permettant la simulation de communications sur un réseau maillé WiFi. Les améliorations apportées par cette étude ont pour but d'être implémentées sur un matériel existant afin d'offrir un service de transport de voix et de vidéo sur un réseau WiFi maillé. Les premières simulations réalisées à l'aide de cet outil ont fait apparaître des pertes de paquets et des altérations de la gigue due à l'état des files d'attente d'émission de certains noeuds. Après avoir identifié des leviers accessibles sur le matériel existant sur lequel peuvent être effectivement apportées des améliorations tout en restant dans le cadre de la norme, une approche automatique et réseaux a mis en évidence des stratégies d'améliorations possibles de la qualité de service nécessaire pour des communications audio et vidéo.