Le travail présenté contribue au domaine du diagnostic de défauts. Dans ce travail, une méthode structurelle pour la conception des sous-systèmes testables est présentée. Elle permet de générer des relations de redondance analytiques automatiquement. Contrairement aux approches existantes, cette approche ne s'appuie pas sur un schéma de propagations ou d'éliminations séquentiels. Le formalisme proposé ainsi que la méthode envisagée visent d'une part à étendre les possibilités des méthodes existantes et d'autre part à en diminuer la complexité. Une nouvelle approche structurelle pour le placement de capteurs en prenant en compte des spécifications de diagnosticabilité est présentée. Cette nouvelle approche permet de trouver le meilleur placement de capteurs au sens de critères de diagnosticabilité sans nécessiter la conception préalable des relations de redondance analytique. Les différents résultats sont appliqués à la conception d'un système de diagnostic pour une installation photovoltaïque.

Le robot parallèle Par2, conçu pour des opérations industrielles de prise et dépôt à haute vitesse et haute précision, subit des vibrations importantes à la fin d'un déplacement. Pour minimiser ces vibrations, l'utilisation d'éléments piézo-électriques autour des bras du robot est proposée. L'identification en boucle ouverte des modes flexibles du robot, à 2,5kg de charge sur la nacelle et à la position d'arrêt, est faite en utilisant une technique basée sur les sousespaces. Deux modèles sont identifiés, un pour la synthèse des contrôleurs et un autre pour leur validation en simulation. Des contrôleurs stabilisant la boucle fermée sont obtenus et comparés pour deux stratégies de commande: H8 à sensibilité mixte et H8 Loop Shaping. La robustesse des contrôleurs est ensuite testée pour différentes trajectoires et conditions de charge. Une stratégie anti-windup est mise en place pour corriger l'action d'un contrôleur lorsqu'il ne s'avère pas robuste pour certaines situations limites. Des résultats en simulations et expérimentaux permettent de comparer l'efficacité des contrôleurs.

Les travaux présentés dans ce document traitent des codes identifiants dans les graphes. Cette notion, introduite à la fin des années 1990, modélise des problèmes de détection de défaillance dans les réseaux. Un code identifiant peut être vu comme une variante du problème de domination, avec une contrainte supplémentaire d'identification des sommets. La recherche de la cardinalité minimum d'un tel code est un problème NP-difficile. Les résultats obtenus sont regroupés en quatre grands thèmes. Le premier thème concerne les structures régulières (grilles, cycles, hypercubes, produits de cliques, graphes de Sierpiński), pour lesquels des résultats sur la cardinalité minimum d'un code sont présentés (bornes et valeurs exactes). Ensuite, les aspects algorithmiques sont développés, que ce soit au sujet de la recherche d'algorithmes polynomiaux pour des classes de graphes particulières (arbres, fasciagraphes) ou concernant l'approximabilité du problème. Quelques questions structurelles sont ensuite discutées, notamment la construction de graphes extrémaux pour le problème, la construction de familles de graphes admettant un code identifiant de faible cardinalité, et la structure (degrés, sous-graphes, etc.) des graphes admettant un tel code. Enfin, une nouvelle variante de ces codes est présentée, les codes identifiants adaptatifs. Cette variante permet de modéliser une situation où nous pouvons tirer parti de l'aspect dynamique du problème, et espérer interroger un nombre de sommets bien moins grand que dans le cas statique. Nous explicitons en particulier dans ce document les liens qu'entretiennent les codes identifiants avec d'autres types de structures, tels les ensembles dominants, les codes superposés, les plans projectifs, ou les jeux de Rényi.

Le système urinaire inférieur (SUI) réalise le stockage et l'évacuation de l'urine. C'est un système dont le contrôle est complexe et le fonctionnement global insuffisamment décrit. Chez les blessés médulaires deux déficiences du contrôle de la vessie sont communes : l'hyper-réflexie (HR) et la dyssyenergie detrusorsphincter. La stimulation électrofonctionnelle peut être utilisée pour contrer l'HR et rétablir artificiellement un contrôle synergique à condition de pouvoir activer indépendamment le sphincter strié et le detrusor. Globalement, cela nécessite aussi une meilleur connaissance du système à stimuler. La contribution apportée par cette thèse se scinde en trois parties : la modélisation du SUI et notamment du détrusor, la validation expérimentale de ce modèle et enfin l'étude du recrutement sélectif en stimulation électrique multi-polaire. Le modèle du SUI proposé ici s'attache à rendre compte des spécificités des muscles lisses en faisant partie. C'est un modèle multi-échelle, partant des réactions biochimiques dictant l'activation des muscles jusqu'à la physique macroscopique à l'échelle globale du système, en passant par l'intégration à l'échelle de la cellule. Nous avons réalisé une étude numérique sur l'implémentation de ce modèle et en avons tiré les paramètres les plus sensibles. Nous avons enfin validé expérimentalement notre modèle sur l'animal et nous avons identifié les paramètres principaux utilisés pour simuler la contraction isovolumique . Enfin, nous avons mis en place une chaine logicielle pour simuler la stimulation électrique sélective multipolaire, ainsi que des techniques de recrutement inverse. Nous proposons un protocole expérimental pour évaluer fonctionnellement ces méthodes sur l'animal.

Afin de parvenir à l'autonomie des robots mobiles, la localisation efficace est une condition préalable nécessaire. Le suivi de position, la localisation globale et le problème du robot kidnappé sont les trois sous-problèmes que nous étudions. Dans cette thèse, nous comparons en simulation trois algorithmes de localisation Markovienne. Nous proposons ensuite une amélioration de l'algorithme de localisation de Monte Carlo par filtre particulaire. Cet algorithme (nommé SAMCL) utilise des particules autoadaptatives. En employant une technique de pré-mise en cache pour réduire le temps de calcul en ligne, l'algorithme SAMCL est plus efficace que la méthode de Monte Carlo usuelle. En outre, nous définissons la notion de région d'énergie similaire (SER), qui est un ensemble de poses (cellules de la grille) dont l'énergie-capteur est similaire avec celle du robot dans l'espace réel. En distribuant les échantillons globaux dans SER lieu de les distribuer au hasard dans la carte, SAMCL obtient une meilleure performance dans la localisation et résout ces trois sous-problèmes. La localisation coopérative de plusieurs robots est également étudiée. Nous avons développé un algorithme (nommé PM) pour intégrer l'information de localisation échangée par les robots lors d'une rencontre au cours d'une mission commune. Cet algorithme apparaît comme une extension à l'algorithme de SAMCL et a été validé en simulation. La validité et l'efficacité de notre approche sont démontrées par des expériences sur un robot réel évoluant dans un environnement connu et préalablement cartographié.

Le monde de la machine-outil est en évolution permanente afin de répondre au marché, très réactif, des pièces usinées. De nos jours, il existe une grande demande de machines rapides à commande numérique, notamment pour l'industrie automobile. Les limites dynamiques des machines cartésiennes à architecture série ayant été atteintes, les premières machines-outils à architecture parallèle ont fait leur apparition sur le marché. Elles sont inspirées des mécanismes et des robots parallèles largement étudiés par les roboticiens au cours de ces 25 dernières années. Cette thèse, qui s'inscrit à la frontière de la robotique et du domaine de la machine-outil, propose une démarche de sélection, de modélisation, d'optimisation et de dimensionnement de machines-outils parallèles rapides. Les outils proposés sont l'établissement des modèles géométrique, cinématique et dynamique, le calcul des efforts dans les barres, de la rigidité et de l'influence des erreurs géométriques sur la précision de la machine. Cette démarche est ensuite appliquée à la résolution des cas concrets relatifs à l'usinage 3 axes et 5 axes. Une nouvelle famille de mécanismes parallèles, intermédiaire entre le robot Delta et l'Hexa, est également présentée. Cette famille possède 4 degrés de liberté, cas peu étudié à ce jour. Elle trouve des applications aussi bien dans le domaine de la robotique de manipulation (tâches de pick and place avec orientation) que dans le domaine de l'usinage 5 axes.

Le formalisme " Problème de Satisfaction de Contraintes " (ou CSP pour Constraint Satisfaction Problem) peut être considéré comme un langage de représentation formelle qui couvre l'ensemble des problèmes dont la modélisation fait intervenir des contraintes. L'intérêt de ce formalisme réside dans l'exploitation de la généricité d'algorithmes de résolution puissants mais également dans la performance d'algorithmes dédiés à des problèmes particuliers. Dans ce travail de thèse, nous étudions la résolution de CSP par des méthodes de recherche arborescente basées sur la notion de " divergence ". Dans ce cadre, nous proposons de nouveaux mécanismes d'amélioration des méthodes de recherche générales qui exploitent les échecs rencontrés pendant la résolution, en adoptant des heuristiques de pondération des variables et des valeurs. Nous proposons également d'autres techniques spécifiques aux méthodes à base de divergences qui conditionnent l'exploration de l'arbre de recherche développé, notamment la restriction des divergences, les différents modes de comptage ainsi que le positionnement des divergences. Ces propositions sont validées par des expérimentations numériques menées sur des problèmes de satisfaction de contraintes aléatoires (tirés de contextes réels) ainsi que des problèmes d'optimisation. Des comparaisons sont effectuées entre variantes de méthodes à divergences intégrant différentes combinaisons parmi les améliorations étudiées et d'autres méthodes connues pour leur performance.

La robotique humanoide arrive a maturité avec des robots plus rapides et plus précis. Pour faire face à la complexité mécanique, la recherche a commencé à regarder au-delà du cadre habituel de la robotique, vers les sciences de la vie, afin de mieux organiser le contrôle du mouvement. Cette thése explore le lien entre mouvement humain et le contrôle des systèmes anthropomorphes tels que les robots humanoides. Tout d'abord, en utilisant des méthodes classiques de la robotique, telles que l'optimisation, nous étudions les principes qui sont à la base de mouvements répétitifs humains, tels que ceux effectués lorsqu'on joue au yoyo. Nous nous concentrons ensuite sur la locomotion en nous inspirant de résultats en neurosciences qui mettent en évidence le rôle de la tête dans la marche humaine. En développant une interface permettant à un utilisateur de commander la tête du robot, nous proposons une méthode de contrôle du mouvement corps-complet d'un robot humanoide, incluant la production de pas et permettant au corps de suivre le mouvement de la tête. Cette idée est poursuivie dans l'étude finale dans laquelle nous analysons la locomotion de sujets humains, dirigée vers une cible, afin d'extraire des caractéristiques du mouvement sous forme invariants. En faisant le lien entre la notion "d'invariant" en neurosciences et celle de "tâche cinématique" en robotique humanoide, nous développons une méthode pour produire une locomotion réaliste pour d'autres systèmes anthropomorphes. Dans ce cas, les résultats sont illustrés sur le robot humanoide HRP2 du LAAS-CNRS. La contribution générale de cette thèse est de montrer que, bien que la planification de mouvement pour les robots humanoides peut être traitée par des méthodes classiques de robotique, la production de mouvements réalistes nécessite de combiner ces méthodes à l'observation systématique et formelle du comportement humain.

Le trafic routier englobe plusieurs facteurs, entre autres la géométrie des infrastructures routières, le comportement des conducteurs, la diversité des flux de véhicules, etc... Les situations auxquelles sont confrontés les exploitants des réseaux routiers dépendent du type de réseau dont ils ont la charge. Cette complexité du trafic en a fait un domaine de recherche d'un intérêt croissant et ce depuis les premières études qui ont donné naissance au modèle LWR au milieu des années cinquante. Afin de modéliser le trafic sur un réseau routier, deux approches, complémentaires l'une de l'autre sont nécessaires. La première est la modélisation de l'écoulement qui permet de décrire l'évolution des flux de trafic sur un tronçon de route et l'affectation qui décrit la façon dont les usagers choisissent leurs itinéraires sur un réseau. L'objet de ces travaux de thèse est d'apporter une contribution à cette amélioration de la modélisation des flux de trafic, en se concentrant dans un premier lieu sur la modélisation d'un trafic autoroutier constitué de deux classes de véhicules: des véhicules particuliers et des bus. L'étude numérique du modèle se fait en adaptant le modèle de transmission cellulaire de Daganzo. Un estimateur des densités et un autre des vitesses de ce trafic mixte sur un tronçon de route ont été présentés. Des résultats de stabilité dans les différents régimes de ce trafic ont été établis. Dans un second temps concernant la modélisation d'un trafic urbain multimodal constitué de trois classes de véhicules: aux deux classes précédemment citées, est intégrée une nouvelle classe de bus à haut niveau de service BHNS ou BRT, classe qui tend à se propager au milieu urbain et suburbain et qui est perçue comme solution à de nombreux problèmes liés au trafic par les exploitants de la route. Nous proposons deux modèles de la progression du BRT sur le réseau, puis nous développons une stratégie de régulation de ce système de transport urbain trimodal. L'objectif de la régulation est double, veiller à la fluidité du trafic en général et le respect de positions références pour le mode BRT. L'architecture s'appuie sur la commande des systèmes en boucle fermée et utilise la commande prédictive généralisée. Nous avons aussi proposé un modèle hybride de trafic routier basé sur le couplage d'un modèle macroscopique générique de second ordre et d'un modèle microscopique en coordonnées Lagrangiennes. Pour la validation de la bonne transmission de l'information à travers le schéma de couplage, nous avons étudié la propagation et la remontée d'une congestion.

Le but de ce travail est de développer des algorithmes de planification de mouvement pour des figures anthropomorphes en tenant compte de la géométrie, de la cinématique et de la dynamique du mécanisme et de son environnement.<br />Nous proposons une approche à trois étages au problème de la planification de mouvements pour des figures anthropomorphes qui manipulent des objets encombrants tout en marchant. Dans le processus, plusieurs problèmes ainsi que des propositions pour les résoudre, sont présentés. Ceux sont principalement l'évitement tri-dimensionnel des obstacles, la manipulation des objets à deux mains, la manipulation coopérative des objets et la combinaison de comportements hétérogènes.<br />La contribution principale est la modélisation du problème de la génération automatique des mouvements de manipulation et de locomotion dans le contexte de mécanismes bipèdes. Les bonnes performances du planificateur sont validées avec des mécanismes différents, tant virtuels que physiques.