Le secteur industriel de l'énergie, et les réseaux électriques en particulier, rendent à nos sociétés modernes d'immenses services dont nous ne pouvons plus nous passer. Ils présentent aussi, hélas, un certain nombre de graves inconvénients, notamment en matière d'impact environnemental. Ces inconvénients apparaissent aujourd'hui comme inacceptables; le secteur de l'énergie s'efforce donc actuellement de les amoindrir autant que possible, dans le cadre de ce qu'on appelle la transition énergétique.Outre d'indispensables efforts en matière de sobriété et d'efficacité énergétique, deux grands axes d'amélioration se dessinent: d'une part, le remplacement progressif de certains moyens de production d'électricité conventionnels par des moyens de production renouvelables; et d'autre part, le transfert de certains usages aujourd'hui non-électriques vers l'électricité --- en particulier en matière de mobilité.L'intégration au réseau électrique de ces nouveaux types de dispositifs pose cependant des difficultés techniques considérables, qui motivent depuis le début des années 2000 de nombreux travaux sur le thème de ce que l'on appelle aujourd'hui les "smart grids": des réseaux électriques compatibles avec les exigences de la transition énergétique, c'est-à-dire capables d'accueillir massivement les nouveaux types d'usages comme la production photovoltaïque et les bornes de recharge des véhicules électriques, ceci notamment grâce à l'utilisation accrue des nouvelles technologies de l'information et de la communication. Parmi les difficultés susmentionnées, qui limitent la capacité d'accueil du réseau, figurent les congestions, c'est-à-dire les limites physiques à la puissance que l'on peut faire transiter d'un point à un autre sur une infrastructure donnée. C'est à la gestion des congestions que nos travaux sont consacrés. À ce sujet, la question fondamentale est de déterminer par quel enchaînement de mesures, de calcul, de communications et in fine d'actions, on peut passer d'une situation de contrainte sur un réseau de distribution d'électricité, à une situation où cette contrainte a été éliminée par l'action des flexibilités environnantes; autrement dit, en augmentant ou en réduisant judicieusement la production et/ou la consommation locales, et éventuellement en jouant sur d'autres types de leviers.L'objet de cette thèse est de participer à l'élaboration des outils conceptuels et informatiques qui nous permettront de répondre à la question fondamentale ci-dessus. Nos travaux portent ainsi sur la question de la modélisation des réseaux de distribution d'électricité "flexibles", et sur l'implémentation concrète des modèles retenus sous forme d'un logiciel de simulation ad hoc, parfaitement adapté à l'étude de ce type de réseaux. / The energy sector and the electrical networks in particular, provide great and indispensable services to our modern societies. Unfortunately, they also bring some serious drawbacks, especially with regard to the environment. These drawbacks are becoming more and more unacceptable; that is why the energy sector is trying to reduce them as much as possible, in the framework of the so-called energy transition.In addition to mandatory efforts in terms of energy efficiency and sobriety, two major directions of improvement have been identified: on the one hand, the progressive replacement of some conventional power plants with renewable production units; and on the other hand, the transfer of several non-electrical usages towards electricity --- in particular in the area of mobility.The integration of these new devices into electrical networks raise new technical challenges which, since the early 2000s, have been driving a lot of work about so-called "smart grids": electrical networks compatible with the requirements of the energy transition, ie. able to host new devices like photovoltaic solar panels and charging stations for electric vehicles, notably through the increasing usage of new information and communications technologies.Among the difficulties mentioned above, which limit the hosting capacity of the network, there are congestions ie. physical constraints limiting the amount of power that may be transmitted through a given infrastructure. Our work is devoted to the management of congestions. The fundamental issue thereon is to define a sequence of decisions, computations, communications and in fine actionsthat allows to move from a constrained situation on the electrical distribution network, to a situation in which the action of local flexibilities has lifted the constraint; in other words, to a situation where increasing or decreasing local generation and/or consumption, or taking some other control action, relieved the network.The aim of this thesis is to contribute to the development of conceptual and computing tools that will allow us to answer the fundamental aforementioned issue. Our work thus deals with the modelling of flexible electrical distribution networks, and with the tangible implementation of selected models in the form of ad hoc simulation software, specifically designed for the study of such networks.

La région métropolitaine de Manille connait, depuis la fin du XXème siècle, un «changement urbain». Par cette expression, on désigne un ensemble de phénomènes liés entre eux, qui comprend la consolidation de classes moyennes, l’implantation d’entreprises de services et le développement d’une économie orientée vers la consommation – cette dernière étant illustrée de manière frappante par la multiplication des centres commerciaux, des objets urbains structurants dans la région capitale philippine. Ces éléments se traduisent par une transformation de la morphologie urbaine, mais également par une internationalisation de l’économie et par l’émergence de nouveaux modes de vie. La thèse propose d’appréhender ce changement urbain dans le Grand Manille au regard du service électrique. Les phénomènes décrits ont en effet des implications majeures sur la question énergétique : accroissement substantiel de la demande d’électricité, exigences plus hautes quant à la fiabilité du service, nouvelles pratiques de planification et de déploiement de l’infrastructure. Mais la relation entre changement urbain et secteur électrique est à double sens, et l’on peut observer des tensions par rapport aux tarifs ou à la qualité du réseau, dans la mesure où ces éléments viennent contraindre les transformations économiques et sociales que connaît la capitale philippine. En mobilisant plusieurs courants de littérature — sur les classes moyennes, sur l’économie politique de la production urbaine, et sur les grands réseaux techniques —, la thèse permet d’interroger les évolutions socio-techniques du service électrique dans le Grand Manille. Pour ce faire, elle mobilise la notion de « modernité », qui permet d’appréhender les normes et représentations émergentes pour la fourniture du service. Partant, la thèse identifie les écarts entre les idéaux de modernité et les pratiques existantes. Ce faisant, elle analyse les tensions générées par ces dés-ajustements, et discute les enjeux d’universalisation du réseau, d’homogénéité de sa desserte, d’évolution de sa forme (grand réseau centralisé ou structure « post-réticulaire ») et d’adaptation aux contraintes environnementales / Metro Manila has been experiencing dramatic urban change since the end of the XXth cen- tury. By ‘urban change’, I designate a number of connected phenomena: the consolidation of middle classes, the rise of a service-led economy and a significant increase in domestic consumption – the latter being exemplified by the frenzied construction of gigantic shop- ping malls, which are structuring objects for the urban fabric. These phenomena have converging effects, which include the transformation of the city’s appearance, but also the internationalisation of its economy and the diffusion of new urban lifestyles.This dissertation suggests that studying the electricity service in Metro Manila is an instructive way to decipher urban change. Indeed, the transformations that the Philippine National Capital Region (NCR) is going through have major implications for the energy question: they lead to a dramatic increase in electricity demand, to higher expectations from end-users with regard to the quality of service, and to new practices of planning and laying down infrastructure. However, the relationship between urban change and the electricity service goes both ways. The electricity network is also putting a constraint on social and economic changes, as evidenced by the social tensions that can arise from such things as tariff hikes or network failures.By drawing upon different bodies of literature (i.e., on urban middle classes, on the political economy of urban production, and on large technical networks), the present dissertation examines the socio-technical evolutions that the electricity service is going through in Metro Manila. It uses the notion of ‘modernity’ in order to grasp the emerging norms and representations pertaining to electricity provision. From there, I identify discrepancies between the ideals of modernity and actually existing practices. In doing so, I analyse the tensions generated by such mismatches and discuss the issues of network universalisation, homogeneity of servicing, evolution of the network’s form (large, centralised system or "post-reticular" structure) and adaptation to environmental constraints

Des mesures de résistivité électrique et des campagnes d’observations géologiques ont été menées pour cartographier le contact sédiment/roche basale ainsi que les structures d’impact associées au cratère d’impact Bosumtwi datant de 1,07 millions d’années. Le cratère de 10,5 km de diamètre s’est formé dans des roches métamorphiques du Précambrien (2,1 à 2,2 milliard d’années), d’origine sédimentaire et volcanique. Il est actuellement rempli par le lac Bosumtwi de 8,5 km de diamètre. Ce cratère est la source des tektites et microtektites dispersées jusqu’en Côte d’Ivoire et au large des côtes ouest africaine. La campagne de mesures éophysiques consiste en 16 tomographies de résistivité électrique effectuées radialement des rives du lac vers les bords du cratère d’impact. Chaque profil utilise un système d’acquisition multi – électrodes avec une distance minimum entre les électrodes de 5 m. Les données ont été corrigées des effets topographiques et inversées en utilisant le programme commercial d’inversion Res2DInv, avec la norme L1 considérée plus robuste. La zone comprise entre les rives du lac et le bord externe du cratère de divise en trois formations géologiques principales. Les régions de faibles résistivités (< 64 .m) représentent les sédiments de lac. Les zones de resistivités moyennes (entre 128 et 200 .m) sont interprétées comme des brèches liées à l’impact, en dikes, allochtones ou parautochtones. Les régions de hautes résistivités (> 128 .m) représentent les roches métamorphiques sous-jacentes, d’origine volcanique ou sédimentaire. Les profils de résistivités permettent de retrouver la géométrie et l’extension latérale de ces trois types de roches. Une correspondance directe entre la lithologie observée en surface et les structures mises en évidence par les mesures de résistivité électrique dans le sous-sol est observée à Dwamam au Sud-Est dulac. À Dwamam, les sédiments sont environ à 200 m de la rive du lac et s’étendent environ sur 400 m vers les les bords du cratère, à la différence des autres zones où ont pu être cartographiés les sédiments. La topographie du contact sédiment/roche basale présente une direction particulière NE-SO avec un pendage variant entre 16 degrés au NE et 36 degrés au SO. Une majorité de fractures ont été remarquées dans le SO, remplies par des clasts et des brèches d’impacts. Les failles sont surtout présentent à l’Ouest du lac. En moyenne elles présentent un pendage variant entre 60o à l’Est et 80 degrés à l’Ouest du cratère. Des analyses statistiques ont été effectuées sur les directions et les pendages des failles selon les loi de von Mises et Fisher. Elles démontrent que les failles s’alignent préférentiellement le long de deux directions principales. L’analyse cumulée de la surface de contact sédiment/roche, des failles et de la localisation du champ de dispersion des tektites indique que le bolide d’environ 0,8 à 1 km de diamètre responsable du cratère est arrivé du NE. Les résultats démontrent que les panneaux de résistivité électrique fournissent des informations utiles pour l’étude des cratères d’impact. / Electrical resistivity tomography (ERT) and geological field surveys have been used to map the sediment/bedrock contact and impact related structures of the 1.07 Myr old Bosumtwi impact crater. The 10.5 km complex crater excavated in 2.1–2.2 Gyr Precambrian metasedimentary and metavolcanic rocks is filled by the 8.5 km Lake Bosumtwi. It is the source crater of the tektites and microtektites of the Ivory Coast strewn field. Electrical resistivity survey was carried out sixteen (16) profiles running from the shore of the lake towards the rim of the crater. The multi-electrode gradient array method with minimum electrode separation of 5 m was used. The data were corrected for topography and inverted using the L1–norm (robust inversion) techniqueof the Res2DInv software. The area extending from the lake shore towards the crater rim contains essentially three formations. The low resistivity regions (< 64 .m) represent the lake sediments. The moderately high resistivity regions with values between 128 and 200 .m were interpreted as impact related breccias (dikes, allochthonous or parautochthonous) depending on their geometries. Lastly, the model clearly differentiate the resistive basement metamorphic rocks (> 128 .m) fromthe lake sediments and the breccias due to their geometry and lateral extent. Also observed was a direct correspondence between the lithology on the surface and the subsurface resistivity structures at Dwamam in the southeast section of the lake. At Dwamam, the sediments were about 200 m away from the shore and stretch about 400 m towards the crater rim unlike in other areas where the sediments were mapped from the shore. The gradient of the sediments/bedrock contact showsa symmetry in the NE–SW direction and dips between the lowest of 16 degrees in the NE to the highest 36 degrees in the SW. Majority of the fractures marked were in the southwest and were filled with clasts or impact breccia matrix. The faults were mostly delineated in the west. Averagely, the dips of the faults are about 60 degrees and 80 degrees for the east and west sections of the crater respectively. The dips of the faults were statistically treated using the von Mises and Fisher statistics, it was found that the faults have a preferred direction and it is possible to determine at least two different orientations. Theanalysis of the results of the sediments/bedrock surface and the faults combined with the location of the tektite strewn field indicate that the about 0.8–1 km bolide that created the complex crater came from the NE. The findings have shown that the ERT is efficient and a useful tool in impact cratering science research.

Le véhicule électrique est actuellement au coeur des alternatives énergétiques qui permettent de faire face à la croissance du coût du carburant et au réchauffement climatique. En revanche, l’autonomie limitée des batteries des véhicules électriques et l’indisponibilité d’un nombre suffisant de bornes de recharge représentent des enjeux majeurs auxquels se trouvent confrontés les utilisateurs. Le déploiement des véhicules électriques doit alors passer par la conception et l’expérimentation des outils d’aide à la décision pour gestion optimisée et adaptée de l’écosystème du véhicule électrique. C’est dans ce contexte que s’inscrit cette thèse qui vise à fournir des outils d’aide à la décision pour l’optimisation des usages, de la recharge et des tournées des véhicules électriques dans le cadre industriel. Dans un premier temps, nous proposons d’étudier le problème d’optimisation conjointe de l’affectation et de la recharge des véhicules électriques. L’objectif de ce problème est de maximiser l’usage des véhicules électriques et minimiser les coûts de recharge tout en prenant en compte les contraintes d’ordre opérationnel et technique. Pour résoudre ce problème, nous proposons une méthode exacte et deux heuristiques. Nous comparons les performances de ces méthodes sur des instances réelles et d’autres aléatoires. Nous exposons ensuite plusieurs extensions au problème de base en intégrant de nouvelles fonctions objectif et de nouvelles contraintes. Nous étudions par la suite notre problème de point de vue ordonnancement et nous proposons une étude de complexité et des algorithmes d’approximation avec garantie de performance pour le problème d’ordonnancement d’intervalles sous contraintes d’énergie. Finalement, nous nous intéressons à un nouveau problème de construction de tournées pour une flotte mixte de véhicules électriques et thermiques. Pour résoudre ce problème, nous proposons des heuristiques et des méta-heuristiques hybrides et nous comparons les performances des différentes méthodes sur des instances généralisées de la littérature / Electric Vehicles may decrease transportation-related emissions and provide for less dependence on foreign oil. However, electric vehicles are still facing many weaknesses related to the high purchase prices, limited battery range and scarce charging infrastructure. The deployment of electric vehicles must then involve the design and the deployment of charging infrastructures. Within this study, the overall objective is to provide enhanced optimization methods and decision tools for electric vehicles assignment, charging and routing that are relevant to different real-world constraints. Firstly, we propose to study the joint scheduling and optimal charging of electric vehicles problem. This problem consists in assigning a set of already constructed routes to the available electric and conventional vehicles and in, simultaneously, optimizing the electric vehicles charging costs while ensuring that all constraints are satisfied. The objective of this problem is to maximize the use of EVs and to minimize charging costs. Secondly, we propose different extensions to our baseline problem and we vary the objective functions and the considered constraints. Moreover, our problem can be seen as a fixed interval scheduling problem with complementary constraints of energy. We propose then to study the complexity and the approximability of many variants of this new problem. Finally, we consider a new variant of the electric vehicle routing problem with a heterogeneous fleet of vehicles and we propose different heuristics and metaheuristics to solve it. We test the different solving methods on benchmark instances and we evaluate the efficiency of each method

Cette thèse analyse les challenges auxquels sont confrontés les composants électriques pour les systèmes de traction hybrides. L’analyse de ces composants et de leurs interactions en tant qu’entité indépendante est un sujet de recherche important afin de dimensionner de manière optimale le système au lieu de combiner des composants optimaux. Les véhicules hybrides sont un domaine de recherche qui suscite un grand intérêt parce qu’il s’agit d’une solution efficace à court terme afin de préparer la transition énergétique vers les véhicules à zéro émission. Malgré les avantages de cette solution, c’est un sujet de recherche complexe car les composants électriques doivent être intégrés dans un système de propulsion conventionnel. Ainsi le but de ce travail de recherche est axé sur la détermination de méthodes appropriées pour étudier les composants électriques et les contributions apportées par cette thèse visent à répondre à la problématique suivante : déterminer le niveau suffisant de détails pour modéliser les systèmes électriques pour les systèmes de traction pour véhicules hybrides afin d’identifier le dimensionnement idéal des composants pour différents systèmes pendant la phase de développement. Afin de résoudre cette problématique, ce rapport est divisé en quatre parties au sein de six chapitres. D’abord l’état de l’art des véhicules hybrides, des composants électriques ainsi que des méthodes d’optimisation associées sont présentés (chapitre 1). Ensuite, pour chaque composant (chapitre 2 à 4), des méthodes de modélisation appropriées sont déterminées afin de les modéliser mais aussi afin d’évaluer leur intégration dans le système de propulsion. Puis, une solution pour l’étude du système globale est déterminée à partir de l’analyse de travaux précédents (chapitre 5). Finalement, une approche d’optimisation est développée et permet d’analyser différents systèmes ainsi que l’influence de différents paramètres sur le dimensionnement (chapitre 6). Grâce à l’analyse du développement actuel et des travaux précédents sur le sujet ainsi qu’au développement d’outils de simulation, cette thèse étudie et analyse les relations entre le niveau de tension et de courant, et les performances du système dans différents cas. Les résultats permettent de déterminer l’influence de ces paramètres sur les composants ainsi que l’impact de l’environnement industriel sur les résultats. En tenant compte du cadre législatif actuel, les résultats convergent globalement tous dans la même direction : une réduction du niveau de tension, respectivement une augmentation du courant, entraine une amélioration du système global par rapport aux méthodes de dimensionnent actuelles. Ces observations sont liées à l’architecture, au cycle d’évaluation et à l’environnement considérés mais les méthodes et l’approche développée ont posé les bases pour étendre les connaissances dans le domaine de l’optimisation des véhicules hybrides. En plus de l’optimisation générale, des cas particuliers sont analysés afin de montrer la modularité des méthodes et l’influence de paramètres supplémentaires (système 48V ou convertisseur Boost). Afin de conclure, cette thèse a mis en place les bases pour l’étude des composants électriques pour les véhicules hybrides. De part un environnement fluctuant et les nombreuses technologies possibles, ce sujet suscite encore un grand intérêt et les points suivants peuvent être encore étudiés de manière plus détaillée : * Application des méthodes pour d’autres systèmes de propulsion (autre architectures hybrides, véhicule à pile à combustible ou tout électrique), * Étude de nouvelles technologies comme le carbure de silicium pour l’électronique de puissance, la machine à reluctance variable ou le sulfure de lithium pour les batteries, * Analyse d’autre cycle d’évaluation ainsi que leur cadre législatif, * Mise en place de structures additionnelles pour l’électronique de puissance, * Validations supplémentaires avec d’autres composants / This work analyses the challenges faced by the electric components for traction purpose in hybrid drivetrains. It investigates the components and their interactions as an independent entity in order to refine the scope of investigation and to find the best combinations of components instead of the best components combinations. Hybrid vehicle is currently a topic of high interest because it stands for a suitable short-term solution towards zero emission vehicle. Despite its advantages, it is a challenging topic because the components need to be integrated in a conventional drivetrain architecture. Therefore, the focus of this work is set on the determination of the right methods to investigate only the electric components for traction purpose. The aim and the contributions of this work lies thereby in the resolution of the following statement: Determine the sufficient level of details in modeling electric components at the system level and develop models and tools to perform dynamic simulations of these components and their interactions in a global system analysis to identify ideal designs of various drivetrain electric components during the design process. To address these challenges, this work is divided in four main parts within six chapters. First the current status of the hybrid vehicle, the electric components and the associated optimization methods and simulation are presented (first chapter). Then for each component, the right modeling approach is defined in order to investigate the electrical, mechanical and thermal behavior of the components as well as methods to evaluate their integration in the drivetrain (second to fourth chapter). After this, a suitable method is defined to evaluate the global system and to investigate the interactions between the components based on the review of relevant previous works (chapter five). Finally, the last chapter presents the optimization approach considered in this work and the results by analyzing different system and cases (chapter six). Thanks to the analysis of the current status, previous works and the development of the simulations tools, this work investigates the relationships between the voltage, the current and the power in different cases. The results enable, under the considered assumptions of the work, to determine the influence of these parameters on the components and of the industrial environment on the optimization results. Considering the current legislative frame, all the results converge toward the same observation referred to the reference systems: a reduction of the voltage and an increase of the current leads to an improvement of the integration and the performance of the system. These observations are linked with the considered architecture, driving cycle and development environment but the developed methods and approaches have set the basis to extend the knowledge for the optimization of the electric system for traction purpose. Beside the main optimization, special cases are investigated to show the influence of additional parameters (increase of the power, 48V-system, machine technology, boost-converter…) In order to conclude, this work have set the basis for further investigations about the electric components for traction purpose in more electrified vehicle. Due to the constantly changing environment, the new technologies and the various legislative frame, this topic remains of high interest and the following challenges still need to be deeper investigated: * Application of the methods for other drivetrain architecture (series hybrid, power-split hybrid, fuel-cell vehicle, full electric vehicle), * Investigation of new technologies such as silicon-carbide for the power electronics, lithium–sulfur battery or switch reluctance machine, * Investigation of other driving cycle, legislative frame, * Integration of additional power electronics structure, * Further validation of the modeling approaches with additional components

Suite à une lésion (ex: blessure médullaire, accident vasculaire cérébral) ou une maladie neurodégénérative (ex: maladie de Parkinson), le système nerveux central humain peut être sujet à de multiples déficiences sensori-motrices menant à des handicaps plus ou moins lourds au cours du temps.Face aux méthodes thérapeutiques classiques, la stimulation électrique fonctionnelle (SEF) des muscles préservés permet de restaurer le mouvement et de fournir une assistance afin d’améliorer la condition des personnes atteintes et de faciliter leur réadaptation fonctionnelle.De nombreuses problématiques intrinsèques à la complexité du système musculo-squelettique et aux contraintes technologiques rendent néanmoins difficile la démocratisation de solutions de stimulation électro-fonctionnelle en dépit d’avancées majeures dans le domaine.Visant à favoriser l’utilisabilité et l’adaptabilité de telles solutions, cette thèse s’appuie sur un réseau de capteurs/actionneurs génériques embarqués sur le sujet, afin d’utiliser la connaissance issue de l’observation et l’analyse du mouvement pathologique des membres inférieurs pour étudier et valider expérimentalement de nouvelles solutions de commande de la SEF à travers une approche orientée-patient. / The human central nervous system (CNS) can be subject to multiple dysfunctions. Potentially due to physical lesions (e.g.: spinal cord injuries, hemorrhagic or ischemic stroke) or to neurodegenerative disorders (e.g.: Parkinson’s disease), these deficiencies often result in major functional impairments throughout the years.As an alternative to usual therapeutic approaches, functional electrical stimulation (FES) of preserved muscles enables to assist individuals in executing functional movements in order to improve their daily life condition or to help enhancing rehabilitation process.Despite major technological advances in rehabilitation engineering, the complexity of the musculoskeletal system and the technological constraints associated have led to a very slow acceptance of neurorehabilitation technologies.To promote usability and adaptability, several approaches and algorithms were studied through this thesis and were experimentally validated in different clinical and pathological contexts, using low-cost wearable sensors combined to programmable stimulators to assess and control motion through a patient-centered approach.

Environ 90 millions de personnes dans le monde souffrent de lésions de la moelle épinière. Cette thèse se focalise sur les individus paraplégiques ayant une lésion complète, c'est à dire les personnes souffrant de pertes sensorielles et motrices des membres inférieurs. Grâce aux progrès médicaux réalisés autour de la prise en charge des patients dès les premiers instants après l'accident, l'espérance de vie de ces personnes est maintenant comparable à celle de sujets dits normaux. Ceci a généré un changement radical dans les priorités de la recherche médicale qui aspire maintenant à améliorer leur qualité de vie. Les patients utilisant des fauteuils roulants sont soumis à des efforts musculaires et articulaires très intenses au niveau des membres supérieurs et particulièrement des épaules. Ces efforts sont observables durant les phases de propulsion du fauteuil, mais également dans la des tâches du quotidien telles que le transfert pour les activités domestiques ou la conduite. En conséquence les complications et les troubles musculo squelettiques sont fréquents chez ces patients ce qui peut causer une diminution ou même une perte totale des fonctions motrices encore préservées et de fait impacter l'autonomie de ces personnes. De part sa mobilité réduite la population paraplégique fait également face à d'autres problèmes médicaux comme la fragilité osseuse ou la mauvaise circulation sanguine. Ces changements métaboliques entrainent une augmentation du risque de diabète, risques d'escarres, et de la spasticité musculaire.L'utilisation de la Stimulation Electrique Fonctionnelle (SEF) pour la restauration du mouvement a montre son intérêt à la fois fonctionnel et thérapeutique. La restauration du mouvement au moyen de la SEF est étudiée depuis de nombreuses années mais le nombre de systèmes vraiment opérationnels et fonctionnels est toujours très limité. Dans ce contexte, le but de cette thèse est l'étude de solutions permettant d'améliorer la qualité de vie de personnes paraplégiques en restaurant les possibilités de lever de chaise, de transfert depuis le fauteuil roulant vers une autre surface et de maintien de la station érigée. Nous avons cherché au cours de ce travail à trouver un bon compromis entre la performance fonctionnelle du système d'assistance proposé et sa simplicité. Pour ce faire, nous nous sommes attachés, dans un contexte d'utilisation clinique et à domicile dans le futur, à réduire le nombre de capteurs ainsi que la complexité calculatoire.Dans cette thèse, nous avons réalisé l'étude du mouvement optimal à produire pour réaliser une tâche de lever de chaise qui réduirait les efforts au niveau des bras ainsi que la fatigue musculaire induite par l'utilisation de la SEF. Nous avons validé expérimentalement un nouveau système de contrôle en boucle-fermée pour le lever de chaise en réalisant des expériences incluant six patients paraplégiques.Les bénéfices de l'utilisation de la SEF pendant un mouvement de transfert en pivot chez le patient paraplégique ont été étudiés en utilisant un processus d´optimisation et un modèle biomécanique de l'humain.Enfin, une nouvelle solution pour le contrôle de la station érigée chez le patient paraplégique a été proposée dans cette thèse. Le contrôleur proposé permet un maintien de la station érigée prolongée tout en prenant en compte les mouvements volontaires du patient.Finalement, les résultats obtenus lors de cette thèse apparaissent comme très prometteurs et nous croyons que la recherche scientifique devrait persister dans cette voie tout en continuant les collaborations et interactions entre équipes médicales, ingénieurs et patients paraplégiques. / Today there are around 90 million people suffering from Spinal Cord Injury (SCI) worldwide. This thesis focuses on individuals who are complete paraplegic, i.e. persons suffering the loss of sensor and motor functions of their lower extremities. Thanks to improvements in emergency medical care, problems faced by SCI individuals after an accident are no longer life threatening, and their life expectancy is now comparable to that of able-bodied individuals. This has generated a shift of the priorities in medical research and practice away from survival and towards improvements in the quality of life for those living in a wheelchair. Wheelchair users are subjected to intense loads on the muscles and joints of the upper trunk and upper limbs during wheelchair propulsion, and in almost every other daily activity such as transfer, driving and household activities. Consequently, musculoskeletal pain is a common complication in the patients with SCI, which could cause a decrease or even total loss in remaining functional independence. Due to their limited mobility paraplegic population also faces many other medical problemsrelated with bone loading, cardio-circulatory stimulation, metabolic changeswhich increases the risk of diabetes development, oint extension, pressure sore prevention, and occurrence of muscle spasticity.The use of Functional Electrical Stimulation (FES) for motion restoration in paralyzed limbs proved to have a potential to provide both functional and therapeutic benefits. Movement restoration by means of FES in patients suffering from SCI has been a subject of research for many years, nevertheless, the number of effective FES systems is still limited. Hence, the aim of this thesis is to investigate solutions which would improve quality of life of people suffering from SCI by restoring the sit-to-stand, transfer from one surface to an other and standing movements that are lost due to SCI. We aim to find a good trade-off between achievable functionality of the FES system and its simplicity in terms of number of required sensors and computational cost and, accordingly, its applicability in clinical practice and daily life of paraplegic individuals. The following contributions have been made.In this thesis, we have investigated the optimal manner for performing the sit-to-stand movement which would reduce arm efforts and muscle fatigue induced by FES has been investigated. Also, we have experimentally validated new closed-loop system for sit-to-stand transfer for needs of a paraplegic person by performing experiments with six paraplegic patients. As part of the strategy of the system, patients were instructed to perform a rising motion in a manner previously calculated as optimal.The benefits from using FES during sitting-pivot-transfer motion in paraplegic patients have been investigated using optimization process and biomechanical modeling of the human body.In this thesis, we have proposes a new solution for control of standing posture in SCI patients by means of FES. The proposed controller enables prolonged standing and it is able to cope with voluntary movements of the patient.The authors find that the results obtained in this thesis are promising and believe that the scientific research should be proceeded in this direction. We also hope to continue the collaboration with medical staff as we strongly believe that through the collaborative work between engineers, clinicians and patients an effective solutions will be found.

La stimulation électrique fonctionnelle (FES) est présente depuis des décennies dans les centres de rééducation. Le principe de cette technique est de créer une dépolarisation de la membrane (potentiel d’action) des cellules excitables (axones ou myocytes) entrainant une contraction musculaire. Employée dans la plupart des cas pour le renforcement musculaire et la prévention des atrophies musculaires faisant suite à une lésion de la moelle épinière, la FES peut également être utilisée pour diminuer la spasticité et restaurer des mouvements des membres. Ainsi, certains dispositifs (neuroprothèses) utilisant la FES sont utilisés depuis plus de 25 ans, pour permettre à certains patients atteints de paralysies des membres supérieurs de pouvoir effectuer des préhensions. Les patients gagnent alors en autonomie dans les activités de la vie quotidienne ce qui limite leurs recours aux aides humaines. Cependant, bien que ce type de neuroprothèse se présente comme l’une des techniques les plus prometteuses pour le rétablissement de la fonction de préhension chez des sujets atteints d’une lésion de la moelle épinière, son utilisation reste limitée. En effet, les dispositifs de stimulation externe provoque des mouvements peu précis et les modes de pilote de cette stimulation, peu ergonomiques, ne sont pas accessibles à la plupart des patients lésés médullaires. Ces difficultés sont atténuées lorsque la stimulation est implantée et le mode de contrôle adapté à la pathologie. Parmi les dispositifs implantées, tous utilisent la stimulation des points moteurs pour rétablir des mouvements de main ce qui nécessite l’implantation de nombreuses électrodes et donc une opération chirurgicale lourde. Des complications liées aux matériels implantés peuvent apparaître au cours du temps. Ce travail de thèse propose une approche originale basée sur (i) la stimulation sélective nerveuse (à l’aide d’une électrode gouttière multi contact) pour rétablir des mouvements de préhension chez des patients tétraplégiques et (ii) l’utilisation de signaux émanant de muscles supra lésionnels pour le contrôle de cette stimulation. Des expérimentations humaines et animales réalisées en conditions aiguës ont démontré la faisabilité de notre approche. Ainsi, la stimulation du nerf sciatique par notre électrode gouttière a permis d’activer sélectivement plusieurs muscles antagonistes chez les 5 animaux de l’étude inclus dans l’étude. Une sélectivité intra fasciculaire est retrouvée chez 3 des 5 animaux. La stimulation du nerf médian chez un patient tétraplégique a permis d’activer sélectivement les muscles palmaris longuset flexor carpi radialis. Concernant le contrôle de la neuroprothèse, nous avons mis en évidence chez les 5 sujets tétraplégiques ayant participé aux expérimentations, une combinaison de muscles pouvant être utilisée pour piloter facilement un dispositif. Des contractions continues ou gradées de ces muscles peuvent être maintenues et ce, sans aucun apprentissage ou entrainement préalable. Les modalités de contrôle et les muscles préférentiels sont patient-dépendant. / Functional electrical stimulation (FES) is used for decades in rehabilitation centers. The principle of this technique is to create a membrane depolarization (action potential) of excitable cells (myocytes or axons) to cause a muscle contraction. Used in most cases for muscle strengthening and prevention of muscle atrophy following a spinal cord injury, FES can also be used to reduce spasticity and restore limb movement. For example, some devices (neuroprostheses) using FES are used for over 25 years, to allow some patients with paralysis of the upper limbs to perform hand movements. Patients then becoming more independent in activities of daily living which limits their use of human aid. However, although this type of neuroprosthesis stands as one of the most promising techniques for the recovery of the gripping function in subjects with spinal cord injury, its use is limited. Indeed, external stimulation devices cause imprecise movements and modes of control modes, not very ergonomic, are not accessible to most spinal cord injured patients. These difficulties are alleviated when the stimulation is implanted and control mode adapted to the pathology. Among the implanted devices all use the stimulation of motor pointsto restore hand movements which requires the implantation of many electrodes and therefore a major surgery. Complications related to the implanted materials can occur over time. This thesis proposes an original approach based on (i) selective nerve stimulation (using a multi contact cuff electrode) to restore gripping motion in tetraplegic patients and (ii) use of signals from supra lesional muscles to control this stimulation. Human and animal experimentations performed in acute conditions have demonstrated the feasibility of our approach. Thus, stimulation of the sciatic nerve by our cuff electrode allowed to selectively activate several antagonistic muscles in the 5 animals included in the study. Intra fascicular selectivity was found in 3 of 5 animals. The stimulation of the median nerve of a tetraplegic patient allowed to selectively activate the palmaris longus and flexor carpi radialis muscles. For the control of neuroprosthesis we demonstrated in the 5 tetraplegics subjects who participated in the experiments, a combination of muscles that can be used to easily control a device. Continuous or graded contractions of these muscles can be maintained, without any prior learning or training. The control modalities and preferential muscles are patient-dependent.

L'avion plus électrique est un concept qui a le vent en poupe chez les principaux constructeurs du domaine de l'aéronautique. Dans ce domaine, comme dans d'autres, les besoins en énergie électrique sont croissants et nécessitent de mettre en place des systèmes de conversion d'énergie fiables, performants et modulaires. Ces systèmes de conversion sont souvent couplés avec des systèmes de stockage d'énergie (type batterie) permettant dans certaines situations de rendre l'avion énergétiquement autonome grâce à une source de puissance indépendante des principaux organes de production d'énergie. Cette interconnexion batterie - réseau de bord présente un rapport de tension élevé ce qui, ajouté aux fortes valeurs de courant de la basse tension, en fait un objet particulièrement complexe à réaliser.L'objectif de cette thèse est de concevoir de manière optimale un convertisseur de puissance isolé permettant l'interconnexion d'un bus basse tension 28 V (typiquement des batteries) à un bus haute tension 540 V (réseau de bord de l'avion) avec une puissance échangeable d'environ 12 kW. Elle se déroule dans le cadre d'un projet ANR (quatre partenaires universitaires, associés à l'entreprise AIRBUS) dont l'une des tâches est le développement d'outils de conception pour l'électronique de puissance. Le travail correspondant comprend une contribution à cette tâche sous forme de la construction de modèles des principaux composants intervenant dans un convertisseur, modèles destinés à être intégrés dans les routines d'optimisation. Pour cette raison, ils seront analytiques (physique, empiriques, mélange des deux).Ces modèles seront ensuite insérés dans un outil global développé dans une autre thèse du projet, à l'aide duquel différentes architectures de convertisseurs seront comparées afin d'en déduire la meilleure solution pour le cahier des charges énoncé précédemment. Un prototype du convertisseur retenu sera finalement réalisé en utilisant des technologies avancées, pour conduire une validation expérimentale. / The electric aircraft tends to become widespread at all the main manufacturers of the domain of the aeronautics. Needs do not stop growing and require setting up reliable, efficiency and modular systems of conversion of energy. These systems of conversion are often coupled with systems of storage of energy (battery) allowing in certain situations to make the punctually autonomous aircraft energetically thanks to a source of power independent from main organs of power production. This interconnection battery - network of edge presents a very high report of rise of tension what, added to the high current value of the battery bus, in fact a particularly complex object to be realized.The objective of this thesis is to design in an optimal way a converter of power isolated allowing the interconnection of a low-voltage bus 28V (typically batteries) in a high-voltage bus 540V (network of edge of the aircraft) with an exchangeable power about 12 kW. It takes place within the framework of an ANR project (four university partners + AIRBUS) the development of tools of conception of which one of the tasks is for the ENP. The corresponding work includes a contribution to this task in the form of the construction of models of the main components occurring in a converter, model intended to be integrated into the routines of optimization. For that reason, they will be analytical (physical, empirical or mix both).These models will then be inserted into a global tool developed in another thesis of the project, by means of which various architectures of converters will be compared to deduct the best solution from it for the previous specifications. A prototype of the reserved converter will be finally realized by using advanced technologies, to lead an experimental validation.

L’opinion publique est consciente que l’électronique qui nous entoure présente un coût de développement et de production important en plus d’un impact environnemental non négligeable. C’est dans le but de résoudre ces inconvénients que l’électronique organique est étudiée et développée. L’électronique organique a été introduite par la découverte de polymères conducteurs, par les prix Nobel de chimie de l’année 2000, Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid et Hideki Shirakawa. Depuis lors cette technologie c’est grandement développée, on note ainsi de nos jours la commercialisation des écrans OLED (Organic Light Emitting Diode) mais aussi d’autres composants organiques comme les MEMS (Micro ElectroMechanical System), des systèmes liant l’électronique et la mécanique. Ces MEMS organiques sont de plus en plus étudiés et développés dû à une plus grande flexibilité des semi-conducteurs organiques par rapport à leurs homologues inorganiques. Cependant, même si la recherche sur la mécanique des polymères et l'électronique des semi-conducteurs organiques est avancée, l'interaction électromécanique de ces semi-conducteurs n'est que peu étudiée. Néanmoins, il est nécessaire de comprendre cette interaction pour développer l'électronique flexible de demain. L'objectif de ces travaux est donc d'approfondir les connaissances sur l'interaction électromécanique au sein des semi-conducteurs organiques et de développer des outils/méthodes facilement transposables à l'étude de nouvelles molécules. Pour mieux comprendre l'interaction entre la déformation de la structure des semi-conducteurs et leur réponse électrique, ces derniers sont fabriqués sous forme de monocristaux pour étudier un arrangement moléculaire parfait, sans défauts, dans les trois dimensions de l'espace. Ainsi donc dans un premier temps, l'influence de la structure moléculaire sur la mobilité des charges a été étudiée dans le cas du rubrène. Même s'il est majoritairement avancé que la distance intermoléculaire est la raison de la variation de mobilité dans le rubrène, il s'avère que la réponse électrique dépend en réalité d'un réarrangement moléculaire et de la variation d'une multitude de paramètres intra/intermoléculaires modifiant le couplage électronique entre molécules. Dans un deuxième temps, la réponse électromécanique de transistors, à diélectrique d’air, à base de rubrène a été étudiée. Dans ces systèmes plus complexes, plusieurs paramètres sont modifiés lors de la déformation. A l'aide du facteur de jauge, il est possible de mettre en évidence que la réponse électromécanique de ces transistors dépend majoritairement de la modification mécanique et électrique du contact entre le semi-conducteur et les électrodes. La forte amélioration de la réponse électrique des transistors a permis la fabrication de capteurs de forces capables de mesurer des forces de l'ordre de 230 nN. Finalement, les méthodes développées et utilisées lors de ces travaux ont été utilisées pour amorcer la fabrication et caractérisation électrique de transistors à base de pérovskites hybrides, dans le but d'étudier l'interaction électromécanique de ces matériaux émergents. / The public mind is aware of electronics drawbacks, the costs of development and production are important and the environmental impact can be denied. In order to solve those downsides, the organic electronics is studied and developed. This electronics have been introduced with the discovery of conductive polymers by the Nobel prices of chemistry from the year 2000, Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid et Hideki Shirakawa. Since then, this technology has been widely developed and nowadays OLED (Organic Light Emitting Diode) screens as well as others devices like MEMS (Micro ElectroMechanical System), systems connecting electronics and mechanics, are commercialized. Those organic MEMS are more and more studied and developed due to a better flexibility of the organic semiconductors compared to the inorganic ones. However, even if the research on the polymer mechanics and semiconductor electronics is advanced, the electromechanical interaction of the organic semiconductors is poorly studied. Nevertheless, it is necessary to understand this interaction in order to develop the flexible electronics of tomorrow. Thus, this work has been focused on investigating the electromechanical interaction inside the organic semiconductors and developing tools/methods usable to study with ease new molecules. To better understand the electromechanical interaction between molecular structure and electrical response, the semiconductors are shaped into single crystals, in order to study a perfect molecular layout, without imperfections, in the three space dimensions. Hence, in the first instance, the influence of the molecular structure on the charge mobility was studied on rubrene. Even if is commonly assumed that the variation of the intermolecular distance causes the mobility changes inside rubrene, it turns out that this electrical variation is due to a reorganization of the molecules and variations of multiples inter/intramolecular parameters which modify the electronic coupling. In the second instance, the electromechanical response of air-gap transistors based on rubrene has been studied. In this more complicated systems, multiple parameters variate during the deflection. With the use of Gauge factor, it is possible to prove that the electromechanical response of those systems depends mainly on the mechanical and electrical modification of the interface electrodes/semiconductor. The high improvement of the electrical response of those air-gap transistors has been used to fabricate pressure sensors capable to detect forces as small as 230 nN. Finally, the methods developed during the previous works have been used to start the synthesis and characterization of hybrid perovskite transistors in order to study the electromechanical interaction of those emerging materials.