De nouvelles solutions basées sur la technologie de l'intégration hydraulique ont été introduites dans la mise en œuvre d'un système robotique humanoïde à actionnement hydraulique compact et léger. Pour ce faire, les chercheurs ont appliqué des méthodes et des technologies récentes basées sur des techniques d'usinage avancées et sur la fabrication additive de métaux. Malgré cela, ces méthodologies ont montré des limites liées non seulement au temps de réalisation, ce qui induit des coûts élevés, mais également au poids total du mécanisme obtenu. Ainsi, il important de développer des travaux de recherche sur de nouvelles méthodologies pour réaliser des mécanismes robotiques hydrauliques intégrés, compacts, légers et à faible coût économiques.C’est l’objet de travail développé dans cette thèse qui a pour objectif de proposer de nouvelles méthodologies pour la fabrication de composants mécaniques de robots humanoïdes à commande hydraulique. Cela concerne, en premier lieu, la fabrication additive de matériaux composites qui sera développée pour la réalisation des pièces structurelles classiques. En second lieu, deux nouvelles méthodologies sont proposées pour l’obtention de composants hydrauliques intégrés légers, avec une résistance élevée et un temps de réalisation et un coût réduits. La première méthodologie consiste à combiner la fabrication additive de polymères thermoplastiques et la simple formation de composites aléatoires en carbone. Tandis que la deuxième propose l'utilisation de tuyaux en silicone à la place des thermoplastiques imprimés tout en gardant le même matériau de renfort. Les deux méthodologies sont détaillées étape par étape et appliquées au bras du robot HYDROïD. Des gains importants sur le poids total du bras sont donnés. Par ailleurs, un nouvel vérin hydraulique composite léger est développé pour remplacer les vérins métalliques dont le poids est fatalement très élevé. Une procédure développée à partir du modèle de contraintes, passant par un processus d'optimisation et se terminant par la conception mécatronique est présentée. L’actionneur hydraulique est mis en œuvre et testé pour l'articulation du genou du robot HYDROïD et une proposition de généralisation à toutes les articulations est également avancée. Enfin, des perspectives à court et à moyen termes pour des développement ultérieur de nouvelles générations de systèmes robotiques à actionnement hydraulique intégré concluent cette thèse. / Modern researches have been inducted in the implementation of a compact and lightweight hydraulically actuated humanoid robotic systems, using the technology of hydraulic integration. In the a eld, researchers have applied recent technologies starting from advanced machining methodologies and ending with additive manufacturing of me-tals. Despite, these methodologies have shown inconvenient points related to cost, time and weight of the obtained mechanism. This motivates the research of new methodologies toward developing compact, cost effective and light-weight hydraulic integrated robotics mechanisms, which are discussed in this thesis.This thesis represents new methodologies toward fabricating mechanical components of the hydraulic actuated humanoid robots. This starts with the classical structural parts which will be fabricated using additive manufacturing of composite materials. Then, the hard task comes. Two new methodologies are proposed to obtain hydraulic integra-ted components with lightweight, high strength and with low time and cost. The rst methodology is by combining the additive manufacturing of thermoplastics polymers and the simple forming of random carbon ber composites. While, the second methodology proposes the usage of silicone pipes instead of the printed thermoplastics, keeping the same reinforcement material. The two methodologies are explained step by step and applied to the arm of HYDRO•D robot. Lately, a new lightweight composite hydraulic actuator is developed to replace the heavy weight metallic one. This is using a developed procedure starting from stress model, passing by an optimization process and ending with the mechatronic design. Then, this hydraulic actuator is implemented and tested. This is applied to the knee joint of the robot and generalized to all the robot joints. By the end of this thesis, an important conclusion will be drawn and the perspective of the research will be settled for further development.

La coopération est un comportement présent en abondance dans le vivant et central à la plupart des transitions majeures en évolution. Pourtant, son évolution est difficile à expliquer. En particulier, l'origine des comportements de coopération mutualiste, qui sont bénéfiques à tous les participants, à été peu étudiés. Dans cette thèse, nous nous intéressons au rôle de la coordination dans l'évolution de la coopération mutualiste à l'aide d'outils en robotique évolutionniste. Dans un premier temps, nous modélisons en robotique évolutionniste l'évolution de la coopération dans une tâche de chasse collective afin d'étudier l'influence des mécanismes sous-jacent aux comportements de coordination sur l'évolution de la coopération. Nous montrons notamment la nécessité d'utiliser des modèles qui considèrent les aspects plus pratiques du comportement. Dans un second temps, nous nous intéressons à la conception de robots coopératifs à l'aide de la robotique évolutionniste. Nous étudions notamment l'influence de la composition génétique des groupes de robots sur l'efficacité des comportements de coordination. Cette thèse contribue donc de deux manières différentes au sujet général de l'évolution de la coopération : par de la modélisation de problèmes biologiques et la conception de robots collectifs. / Cooperation is a behaviour that is prevalent in living beings and is central to most of the major transitions in evolution. Yet explaining its origin is a challenge. In particular, the evolution of mutualistic behaviours, where every individual benefits from this behaviour, has been relatively ignored. In this thesis, we are interested in the role of coordination in the evolution of mutualistic cooperation. To that end, we use tools from evolutionary robotics. First, we model the evolution of cooperation in a collective hunting task with evolutionary robotics. We want to study the influence of the underlying mechanisms of coordination behaviours on the evolution of cooperation. We reveal that it is necessary to consider modeling techniques that account for the more practical aspects of behaviours. Then, we are interested in the design of cooperative robots with evolutionary robotics. We study the influence of genetic team composition on the efficiency of coordination behaviours. Therefore, this thesis contributes to the general subject of the evolution of cooperation in two different manners: modeling biological problems and designing collective robots.

Aujourd’hui, de nouvelles technologies permettent l’acquisition de scènes 3D volumineuses et précises sous la forme de nuages de points. Les nouvelles applications ouvertes par ces technologies, comme les véhicules autonomes ou la maintenance d'infrastructure, reposent sur un traitement efficace des nuages de points à grande échelle. Les méthodes d'apprentissage profond par convolution ne peuvent pas être utilisées directement avec des nuages de points. Dans le cas des images, les filtres convolutifs ont permis l’apprentissage de nouvelles représentations, jusqu’alors construites « à la main » dans les méthodes de vision par ordinateur plus anciennes. En suivant le même raisonnement, nous présentons dans cette thèse une étude des représentations construites « à la main » utilisées pour le traitement des nuages de points. Nous proposons ainsi plusieurs contributions, qui serviront de base à la conception d’une nouvelle représentation convolutive pour le traitement des nuages de points. Parmi elles, une nouvelle définition de voisinages sphériques multi-échelles, une comparaison avec les k plus proches voisins multi-échelles, une nouvelle stratégie d'apprentissage actif, la segmentation sémantique des nuages de points à grande échelle, et une étude de l'influence de la densité dans les représentations multi-échelles. En se basant sur ces contributions, nous introduisons la « Kernel Point Convolution » (KPConv), qui utilise des voisinages sphériques et un noyau défini par des points. Ces points jouent le même rôle que les pixels du noyau des convolutions en image. Nos réseaux convolutionnels surpassent les approches de segmentation sémantique de l’état de l’art dans presque toutes les situations. En plus de ces résultats probants, nous avons conçu KPConv avec une grande flexibilité et une version déformable. Pour conclure notre réflexion, nous proposons plusieurs éclairages sur les représentations que notre méthode est capable d'apprendre. / In the recent years, new technologies have allowed the acquisition of large and precise 3D scenes as point clouds. They have opened up new applications like self-driving vehicles or infrastructure monitoring that rely on efficient large scale point cloud processing. Convolutional deep learning methods cannot be directly used with point clouds. In the case of images, convolutional filters brought the ability to learn new representations, which were previously hand-crafted in older computer vision methods. Following the same line of thought, we present in this thesis a study of hand-crafted representations previously used for point cloud processing. We propose several contributions, to serve as basis for the design of a new convolutional representation for point cloud processing. They include a new definition of multiscale radius neighborhood, a comparison with multiscale k-nearest neighbors, a new active learning strategy, the semantic segmentation of large scale point clouds, and a study of the influence of density in multiscale representations. Following these contributions, we introduce the Kernel Point Convolution (KPConv), which uses radius neighborhoods and a set of kernel points to play the role of the kernel pixels in image convolution. Our convolutional networks outperform state-of-the-art semantic segmentation approaches in almost any situation. In addition to these strong results, we designed KPConv with a great flexibility and a deformable version. To conclude our argumentation, we propose several insights on the representations that our method is able to learn.

Les robots ont un rôle fondamental dans la fabrication industrielle. Non seulement ils augmentent l'efficacité et la qualité des lignes de production, mais aussi diminuent considérablement la charge de travail des humains.Cependant, en raison des limites des robots industriels en termes de flexibilité, de perception et de sécurité,Leur utilisation est limitée à un environnement structuré bien connu. En outre, il n'est pas toujours rentable d'utiliser des robots autonomes industriels dans de petites usines à faibles volumes de production.Cela signifie que des travailleurs humains sont encore nécessaires dans de nombreuses chaînes d'assemblage pour exécuter des tâches spécifiques.Par conséquent, ces dernières années, une grande impulsion a été donnée à la co-manipulation homme-robot.En permettant aux humains et aux robots de travailler ensemble, il est possible de combiner les avantages des deux; La compréhension des tâches abstraites et la perception robuste typique d'un être humain avec la précision et la force d'un robot industriel.Une approche réussie pour faciliter la co-manipulation homme-robot, est l'approche de guides virtuels qui contraint le mouvement du robot sur seulement certaines trajectoires pertinentes. Le guide virtuel ainsi réalisé agit comme un outil passif qui améliore les performances de l'utilisateur en termes de temps de tâche, de charge de travail mentale et d'erreurs.L'aspect innovant de notre travail est de présenter une bibliothèque de guides virtuels qui permet à l'utilisateur de facilement sélectionner, générer et modifier les guides grâce à une interaction intuitive haptique avec le robot.Nous avons démontré, dans deux tâches industrielles, que ces innovations fournissent une interface novatrice et intuitive pour l'accomplissement des tâches par les humains et les robots. / Robots have a fundamental role in industrial manufacturing. They not only increase the efficiency and the quality of production lines, but also drastically decrease the work load carried out by humans.However, due to the limitations of industrial robots in terms of flexibility, perception and safety, their use is limited to well-known structured environment. Moreover, it is not always cost-effective to use industrial autonomous robots in small factories with low production volumes.This means that human workers are still needed in many assembly lines to carry out specific tasks.Therefore, in recent years, a big impulse has been given to human-robot co-manipulation.By allowing humans and robots to work together, it is possible to combine the advantages of both; abstract task understanding and robust perception typical of human beings with the accuracy and the strength of industrial robots.One successful method to facilitate human-robot co-manipulation, is the Virtual Guides approach which constrains the motion of the robot along only certain task-relevant trajectories. The so realized virtual guide acts as a passive tool that improves the performances of the user in terms of task time, mental workload and errors.The innovative aspect of our work is to present a library of virtual guides that allows the user to easily select, generate and modify the guides through an intuitive haptic interaction with the robot.We demonstrated in two industrial tasks that these innovations provide a novel and intuitive interface for joint human-robot completion of tasks.

Cette thèse présente l'importance des exosquelettes évolutifs des membres inférieurs pour les adolescents handicapés souffrant de troubles neuromusculaires et autres pathologies. Le nouveau terme " évolutif" décrit la capacité de l'exosquelette à grandir physiquement avec l'utilisateur, et à s'adapter à sa morphologie.Une analyse distincte des manifestations physiques qui subissent a été faite, en ce qui concerne la poussée de croissance pubertaire et les effets secondaires éventuelles. L'étude de la littérature montre qu'il n'existe pas de dispositif de réadaptation suffisamment adapté aux besoins d'un adolescent en pleine croissance en raison de la croissance rapide de ses membres et de la nature progressive de ses maladies. Comme c'est la première fois que le terme «évolutivité» est utilisé pour les exosquelettes, ses exigences fonctionnelles sont définies. Le développement mécatronique d'un exosquelette évolutif est aussi présenté, incluant le développement de son actionneur articulaire et sa structure mécanique.Enfin, les résultats préliminaires des performances de l'actionneur articulaire lors de la simulation des mouvements fonctionnels liés à la croissance montrent une grande capacité de suivi et d'exécution des mouvements basés sur les couples, tandis que les résultats liés à la structure évolutive montrent la capacité du système à s'adapter aux différents utilisateurs. / This thesis introduces the importance of the scalable lower limb exoskeletons for disabled teenagers suffering from neuromuscular disorders & other pathological conditions. The new term "scalable" describes the ability of the exoskeleton to physically grow up with the user and to be adapted to his/her morphology.A distinctive analysis of the physical manifestations that the patients experience has been done concerning the pubertal growth spurt and to the future secondary effects. The study of the literature shows that no rehabilitation device is customized enough to the needs of a growing teenagers due to the fast growth of their bodies and to the progressiveness nature of their diseases. As this is the first time the term "scalability" is brought up for exoskeletons, its functional requirements are defined in order to determine the constraints imposed on the design of the new exoskeleton. The mechatronics development of a scalable exoskeleton is presented, including the development of its joint actuator, its mechanical structure and attachments.Finally, the preliminary results of the joint actuator performance when simulating functional movements related to the growth show a high capability of trajectory following and executing torques based motions, while the findings associated with the scalable structure show the system able to be adapted to the different user sizes and ages.

Méthodologie de Conception de Système Multi-robots : de la Simulation à la Démonstration. Les systèmes multi-robots sont des systèmes complexes mais prometteurs dans de nombreux domaines, les nombreux travaux académiques dans ce domaine attestent de l'importance qu'ils auront dans le futur. Cependant, si ces promesses sont réelles, elles ne sont pas encore réalisées comme en témoigne le faible nombre de systèmes multi-robots utilisés dans l'industrie. Pourtant des solutions existent afin de permettre aux industriels et académiques de travailler ensemble à cette problématique. Nous proposons un état de l'art et les défis associés à la conception des systèmes multi-robots d'un point de vue académique et industriel. Nous présentons ensuite trois contributions pour la conception de ces systèmes : une réalisation d'un essaim hétérogène en tant que cas d'étude pratique afin de mettre en évidence les obstacles de conception. La modification d'un autopilote et d'un simulateur pour les rendre compatibles aux développements des systèmes multi-robots. La démonstration d'un outil d'évaluation sur la base des deux contributions précédentes. Enfin, nous concluons sur la portée de ces travaux et des perspectives à venir sur la base de l'open source / Multi-robot System Design Methodology : from Simulation to Demonstration Multi-robot systems are complex but promising systems in many fields, the number of academic works in this field underlines the importance they will have in the future. However, while these promises are real, they have not yet been realized, as evidenced by the small number of multi-robot systems used in the industry. However, solutions exist to enable industrialists and academics to work together on this issue. We propose a state of the art and challenges associated with the design of multi-robot systems from an academic and industrial point of view. We then present three contributions for the design of these systems: a realization of a heterogeneous swarm as a practical case study in order to highlight the design obstacles. The modification of an autopilot and a simulator to make them compatible with the development of multi-robot systems. Demonstration of an evaluation tool based on the two previous contributions. Finally, we conclude on the scope of this work and future perspectives based on open source.

Afin de permettre une navigation autonome d'un robot dans un environnement, le robot doit être capable de percevoir son environnement. Dans la littérature, d'une manière générale, les robots perçoivent leur environnement en utilisant des capteurs de type sonars, cameras et lidar 2D. L'introduction de nouveaux capteurs, nommés lidar 3D, tels que le Velodyne HDL-64E S2, a permis aux robots d'acquérir plus rapidement des données 3D à partir de leur environnement. La première partie de cette thèse présente une technique pour la calibrage des capteurs lidar 3D. La technique est basée sur la comparaison des données lidar à un modèle de vérité de terrain afin d'estimer les valeurs optimales des paramètres de calibrage. La deuxième partie de la thèse présente une technique pour la localisation et la détection de fermeture de boucles pour les robots autonomes. La technique est basée sur l'extraction et l'indexation des signatures de petite-taille à partir de données lidar 3D. Les signatures sont basées sur les histogrammes de l'information de normales de surfaces locale extraite à partir des données lidar en exploitant la disposition des faisceaux laser dans le dispositif lidar / In order to autonomously navigate in an environment, a robot has to perceive its environment correctly. Rich perception information from the environment enables the robot to perform tasks like avoiding obstacles, building terrain maps, and localizing itself. Classically, outdoor robots have perceived their environment using vision or 2D lidar sensors. The introduction of novel 3D lidar sensors such as the Velodyne device has enabled the robots to rapidly acquire rich 3D data about their surroundings. These novel sensors call for the development of techniques that efficiently exploit their capabilities for autonomous navigation.The first part of this thesis presents a technique for the calibration of 3D lidar devices. The calibration technique is based on the comparison of acquired 3D lidar data to a ground truth model in order to estimate the optimal values of the calibration parameters. The second part of the thesis presents a technique for qualitative localization and loop closure detection for autonomous mobile robots, by extracting and indexing small-sized signatures from 3D lidar data. The signatures are based on histograms of local surface normal information that is efficiently extracted from the lidar data. Experimental results illustrate the developments throughout the manuscript

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la commande en couple de manipulateurs redondants.Nous nous intéressons dans ce cadre à deux problématiques. En premier lieu, nous considérons le cas d’imposition d’une contrainte cinématique de point de passage, dite contrainte du RCM, de l’organe terminal (OT) du robot. Nous proposons alors deux approches pour la gestion de cette contrainte. Dans la première approche, la contrainte est garantie dans l’espace nul d’une tâche principale définie en coordonnées de position de l’OT. Cette méthode exploite une définition explicite de la dynamique de l’espace nul et confère un niveau de priorité secondaire à la contrainte. La seconde approche permet de définir la contrainte du RCM comme tâche principale, en lui assignant le niveau de priorité supérieur ou un niveau de priorité défini par le besoin de l’application. Nous proposons pour cela une nouvelle définition de la cinématique du RCM.En second lieu, nous traitons la question des contacts entre le corps du robot et son environnement (ex. l’humain)pendant que l’OT exécute sa tâche « globale ». Nous proposons pour cela une stratégie de compliance appliquée dans l’espace nul du robot afin de préserver la tâche globale lors des contacts. Cette stratégie estdéfinie pour des bras anthropomorphes à 7-DDL, et est formulée en coordonnées de l’angle de bras, paramètre représentant le degré de redondance du robot. Cela permet de définir un intervalle admissible de mouvement de l’angle de bras. Lorsque les limites de cet intervalle sont atteintes, une loi de compliance de type ressort amortisseur oblige le robot à rester dans l’intervalle, malgré les forces externes exercées.Nous évoquons, tout au long de cette thèse, l’application de chirurgie mini-invasive assistée par robot pour illustrer l’utilité de nos contributions. / The work developped in this PhD thesis concerns the control of redundant torque-controlled robots,dealing with two main issues. Firstly, we study the presence of a RCM constraint imposed to the end-effector. We propose two control approaches to guarantee this kinematic constraint. In the first one, the constraint is performed in the null-space of a main task defined in cartesian coordinates(position). An explicit definition of the null-space dynamics is applied on this control approach, and provides a secondary priority order to the RCM constraint. The second approach allows to define the constraint as the main task, obtaining the highest priority level, or in any desired priority level,according to the needs of the application. Therefore, we propose a new kinematic formulation of the RCM constraint.Secondly, we study the physical interaction between the robot’s body and its environment (e.g. human) during the cartesian global task execution. A null-space compliance control strategy is then proposed in order to preserve the global task when the contacts occur. This strategy, defined for anthropomorphic 7-DOF robots, is formulated in swivel angle coordinates, which is a direct representation of the robot’s null-space. A desired feasible range for the swivel angle values is defined by the user, and a spring-damping compliance law is used to constraint the robot to remain within the feasible angle values range, despite the external forces applied to the robot’s body. Robot-assisted minimally invasive surgery has been used throughout this thesis as an example of application, allowing to demonstrate the usefulness of our contributions.

Les automates cellulaires forment une famille bien connue de modèles dynamiques discrets, introduits par S.Ulam et J. von Neumann dans les années 40. Ils ont été étudiés avec succès sous différents points de vue: modélisation, dynamique, ou encore complexité algorithmique. Dans ce travail, nous adoptons ce dernier point de vue pour étudier la famille des automates cellulaires coagulants, ceux dont l’état d’une cellule nepeut évoluer qu’en suivant une relation d’ordre prédéfinie sur l’ensemble de ses états. Nous étudions la complexité algorithmique de ces automates cellulaires de deux points de vue : la capacité de certains automates coagulants à simuler tous les autres automates cellulaires coagulants, appelée universalité intrinsèque, et la complexité temporelle de prédiction de l’évolution d’une cellule à partir d’une configuration finie, appelée complexité de prédiction. Nous montrons que malgré les sévères restrictions apportées par l’ordre sur les états,les automates cellulaires coagulants peuvent toujours exhiber des comportements de grande complexité.D’une part, nous démontrons qu’en dimension deux et supérieure il existe un automate cellulaire coagulants intrinsèquement universel pour les automates cellulaires coagulants en codant leurs états par des blocs de cellules ; cet automate cellulaire effectue au plus deux changements d’états par cellule. Ce résultat est minimal en dimension deux et peut être amélioré en passant à au plus un changement en dimensions supérieures.D’autre part, nous étudions la complexité algorithmique du problème de prédiction pour la famille des automates cellulaires totalistiques à deux états et voisinage de von Neumann en dimension deux. Dans cette famille de 32 automates, nous exhibons deux automates de complexité maximale dans le cas d’une mise à jour synchrone des cellules et nous montrons que dans le cas asynchrone cette complexité n’est atteinte qu’à partir de la dimension trois. Pour presque tous les autres automates de cette famille, nous montrons que leur complexité de prédiction est plus faible (sous l’hypothèse P 6≠NP). / Cellular automata are a well know family of discrete dynamic systems, defined by S. Ulam and J. von Neumannin the 40s. The have been successfully studied from the point of view of modeling, dynamics and computational complexity. In this work, we adopt this last point of view to study the family of freezing cellular automata, those where the state of a cell can only evolve following an order relation on the set of states. We study the complexity of these cellular automata from two points of view, the ability of some freezing cellular automata to simulate every other freezing cellular automata, called intrinsic universality, and the time complexity to predict the evolution of a cell starting from a given finite configuration, called prediction complexity. We show that despite the severe restriction of the ordering of states, freezing cellular automata can still exhibit highly complex behaviors.On the one hand, we show that in two or more dimensions there exists an intrinsically universal freezing cellular automaton, able to simulate any other freezing cellular automaton by encoding its states into blocks of cells, where each cell can change at most twice. This result is minimal in dimension two and can be even simplified to one change per cell in higher dimensions.On the other hand, we extensively study the computational complexity of the prediction problem for totalistic freezing cellular automata with two states and von Neumann neighborhood in dimension two. In this family of 32 cellular automata, we find two automata with the maximum complexity for classical synchronous cellular automata, while in the case of asynchronous evolution, the maximum complexity can only be achived in dimension three. For most of the other automata of this family, we show that they have a lower complexity (assuming P 6≠NP).

Les systèmes d’actionnement à distance pour la manipulation d’objets de taille micrométrique ont connu un développement sans précédent ces dernières années dans les laboratoires de recherche. Ils permettent de contrôler à distance le déplacement et l’orientation d’objets en appliquant des champs de force à distance. Ils sont donc spécialement adaptés pour agir dans des milieux confinés pour lesquels les problèmes d’accessibilité empêchent l’utilisation de manipulateurs robotisés classiques. De plus la faible inertie de ces systèmes permet d’atteindre des cadences de manipulation importantes. Parmi les effets physiques exploitables pour actionner ces systèmes une attention particulière est portée sur les effets magnétiques, en raison des niveaux de forces élevés atteignables. L’état de l’art montre un nombre de travaux importants dans le domaine de l’actionnement magnétique en environnement liquide. Cependant les vitesses atteignables sont limitées par les frottements visqueux. Quelques études font état de l’utilisation de l’actionnement magnétique en milieu ambiant, mais les forces d’adhésion entre le substrat et la particule rend le système peu répétable. Cette thèse propose une approche originale alliant faibles frottements visqueux et grande répétabilité en considérant un milieu de travail peu étudié : l’interface air/liquide. Cette thèse s’intéresse plus particulièrement à la modélisation, la caractérisation, l’analyse des performances et la commande d’un système d’actionnement magnétique à l’interface air/liquide pour des applications à l’échelle micrométrique. / In recent years research laboratories have shown an increasing interest for non-contact actuation systems at micrometer scale. These systems control both the displacement and the orientation of the objects using remote force fields. They are of major interest in confined spaces in which traditional approaches based on robotic grippers are not suitable. In addition high manipulation throughputs can be reached due to the low inertia of these systems. Several physical principles can be considered as the actuation source. Among them a special attention is given to magnetic forces due to the high forces that can be applied to the objects. A large amount of work has been carried out on magnetic actuation systems for manipulation in liquid environments. However velocities are limited by viscous effects. A few studies are reported on magnetic systems in ambient environments. However repeatability is decreased by adhesion forces between the substrate and the objects. This work proposes an original approach with a good trade off between low viscous effects and high repeatability based on the use of a specific environment: the air/liquid interface. This thesis presents the modelling, the characterization, the performance analysis and the control of a magnetic actuation system at the air/liquid interface for applications at the micrometer scale.