La demande de réduire les coûts de conception et d'exploitation amène aujourd’hui à la recherche de plus d’autonomie à bord des satellites. On souhaite par exemple réduire les frais d'opération en employant moins de main-d'œuvre pour le calcul des trajectoires ou en optimisant l’utilisation des actionneurs. On désire également augmenter la performance des satellites pour obtenir de meilleurs résultats. Cependant, l’apport d’autonomie au sein des satellites ne peut se faire au détriment de la fiabilité. Par ailleurs, la présence de charges utiles sensibles à certains éléments dangereux entourant le satellite (Soleil, Terre...) ou la complexité des missions de mesure ou de pointage demande un apport important en manœuvrabilité directionnelle des satellites. L’apport de l’autonomie impose donc la prise en charge des directions dangereuses qui étaient normalement évitées par les commandes issues de la station au sol. On retrouve donc un besoin d’autonomie de manœuvre auquel il faut ajouter une autonomie d’évitement de directions dangereuses. La méthode du potentiel apparait comme une technique de guidage qui permettrait de combler ces deux besoins. Elle a notamment déjà fait ses preuves dans le domaine d’évitement d’obstacle des robots mobiles autonomes et des robots manipulateurs. C’est une démarche caractérisée par sa simplicité d’utilisation et qui se base sur le principe de forces virtuelles appliquées au véhicule. Les obstacles exercent des forces répulsives et la cible une force attractive. À partir de ces affectations, un champ de potentiel est créé et le vecteur vitesse du véhicule est déterminé par le gradient de ce dernier. L’application de la méthode du potentiel au domaine de l’aérospatiale n’a jamais complètement abouti. En effet, quelques auteurs ont démontré la faisabilité théorique de la méthode, mais sans pour autant tenir compte des contraintes réelles d’une application. Ce projet portera donc sur l'adaptation de cette approche afin de la rendre réalisable sur un satellite en mission.

L'utilisation de réseaux de capteurs sans-fils (RCSF) se développe dans de nombreux domaines où l'informatique doit être intégrée au plus proche de l'environnement. Ce principe appelé informatique omniprésente se popularise par des applications dans de multiples domaines, de la domotique à l'étude d'environnements naturels en passant par la régulation des transports ou encore la surveillance de bâtiments à risques. Si les RCSF présentent de bonnes perspectives pour le domaine de l'informatique omniprésente, le matériel utilisé présente souvent des capacités très limitées et il est souvent compliqué de développer des applications ou de configurer de tels réseaux. Des travaux récemment réalisés au laboratoire DOMUS amènent la vision d'une informatique omniprésente autonome qui permettrait à plusieurs éléments d'un réseau de s'organiser entre eux pour limiter les interventions humaines. Dans cette vision, la reprogrammation dynamique des noeuds est utilisée pour simplifier et alléger le processus de reconfiguration du réseau. Le présent projet s'est donc intéressé à la problématique de la reprogrammation des noeuds du réseau dans une optique future d'informatique omniprésente autonome adaptée aux RCSF. Le présent projet de maîtrise a permis dans un premier temps de mettre en place un cadriciel de programmation par composants adapté aux ressources contraintes des RCSF. Ce système de programmation par composants (POC) appelé Nodecom se place comme une amélioration par rapport aux solutions de POC déjà existantes. En effet, Nodecom présente la première architecture hybride permettant à la fois de programmer en utilisant des composants statiques et à la fois de pouvoir charger de nouveaux composants de manière dynamique. Cette architecture hybride a permis d'alléger l'impact du système de programmation par composants tout en conservant la possibilité de reprogrammer dynamiquement certains composants. Dans un second temps, le projet a consisté à réaliser un dépôt distribué de composants qui permet à chaque noeud de charger dynamiquement n'importe quel composant publié à travers le réseau. Dans ce dépôt distribué, chaque noeud peut se voir attribuer le rôle de conserver une copie d'un fichier de composant dans sa mémoire locale. Pour ce faire, l'implémentation réalisée repose sur un algorithme de routage par clé inspiré des réseaux pair-à-pair traditionnels et adapté aux contraintes des plateformes utilisées. Les résultats de l'évaluation de ce système de composants distribué pour les réseaux de capteurs sans-fils sont encourageants puisqu'ils mettent en évidence les faibles besoins en mémoire du système. L'implémentation réalisée dans ce projet se place alors comme un bon support pour les travaux futurs qui chercheront à adapter la vision d'informatique omniprésente autonome au contexte des réseaux de capteurs sans-fils.

Notre avenir énergétique doit être basé sur des énergies non polluantes ayant des ressources importantes. Les énergies renouvelables sont les meilleurs candidats mais l'intermittence de leur production nécessite de trouver des moyens de stockage efficaces et respectant l'environnement. Un système électrolyseur/pile à combustible permet de stocker l'électricité par l'intermédiaire d'un stockage sous forme de gaz et, en plus, de générer de la chaleur. L'objectif de ce travail est d'évaluer les performances d'un système autonome de production d'énergie électrique et thermique, couplant un champ photovoltaïque et un système de stockage par l'hydrogène, composé d'un électrolyseur, d'une unité de stockage de gaz et d'une pile à combustible. L'hydrogène est l'unique moyen de stockage de l'électricité. Pour réaliser cette étude, deux outils complémentaires ont été développés : un banc d'essai de 3,6 kW et un outil de simulation.<br/> Pour sélectionner le banc d'essai, une étude bibliographique rassemble les informations nécessaires au dimensionnement et au choix du système et de ses composants. La disponibilité très limitée de composants adaptés à notre application nous a contraints à développer de nouveaux appareils (électrolyseur, pile à combustible, appareil de conversion et de gestion d'énergie). Le banc d'essai réalisé est automatisé et sécurisé. L'analyse expérimentale évalue le rendement du système de stockage par l'hydrogène par la détermination des différentes pertes dans chacun des composants. Différentes modifications sont proposées pour améliorer les performances du système de stockage. L'outil de modélisation simule le fonctionnement du banc d'essai pour une charge et un site donnés. Il peut modéliser tout système à partir de résultats expérimentaux des composants. Les résultats de simulation permettent de caractériser le fonctionnement du système dans une application autonome, de déterminer ses performances et d'évaluer l'influence des différentes pertes.

E calcul autonome vise à concevoir des logiciels qui prennent en compte les variations dans leur environnement d'exécution. Les boucles de rétro-action (FCL) fournissent un mécanisme d'auto-adaptation générique, mais leur intégration dans des systèmes logiciels soulève de nombreux défis. Cette thèse s'attaque au défi d'intégration, c.à.d. la composition de l'architecture de connexion reliant le système logiciel adaptable au moteur d'adaptation. Nous proposons pour cela le langage de modélisation spécifique au domaine FCDL. Il élève le niveau d'abstraction des FCLs, permettant l'analyse automatique et la synthèse du code. Ce langage est capable de composition, de distribution et de réflexivité, permettant la coordination de plusieurs boucles de rétro-action distribuées et utilisant des mécanismes de contrôle variés. Son utilisation est facilitée par l'environnement de modélisation ACTRESS qui permet la modélisation, la vérification et la génération du code. La pertinence de notre approche est illustrée à travers trois scénarios d'adaptation réels construits de bout en bout. Nous considérons ensuite la manipulation de modèles comme moyen d'implanter ACTRESS. Nous proposons un Langage Spécifique au Domaine interne qui utilise Scala pour implanter une famille de DSLs. Il permet la vérification de cohérence et les transformations de modèles. Les DSLs résultant ont des propriétés similaires aux approches existantes, mais bénéficient en plus de la souplesse, de la performance et de l'outillage associés à Scala. Nous concluons avec des pistes de recherche découlant de l'application de l'IDM au domaine du calcul autonome.

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La grande majorité des systèmes perceptifs proposés en robotique héritent d'une conception passive de la perception dans laquelle la génération d'une commande motrice est l'étape ultime d'une succession de traitements purement passifs. Dans le cadre de la localisation de sources sonores, qui est une tâche fondamentale du système auditif, cette approche passive offre de bons résultats lorsque les conditions environnementales sont bien connues et facilement modélisables. Cependant des difficultés apparaissent lorsque l'environnement se complexifie, a fortiori s'il est inconnu ou changeant. Ces difficultés constituent un enjeu important dans le domaine de l'audition artificielle. Cette thèse considère une approche radicalement différente de l'approche passive, inspirée de la psychologie de la perception et de la théorie des contingences sensorimotrices. Cette approche place l'action au coeur du processus de perception, qui est alors vu comme une interaction qu'un agent biologique ou robotique entretient avec son environnement. Alors que l'approche passive nécessite des connaissances sur l'environnement, implicement intégrées dans les traitements par le roboticien, l'approche sensorimotrice suggère au contraire que ces connaissances sont acquises par l'agent de manière autonome, à travers son expérience sensorimotrice. Ainsi cette thèse applique la théorie des contingences sensorimotrices à la localisation de sources sonores pour la robotique autonome. Sur la base d'un modèle bioinspiré du système auditif adapté au contexte robotique, cette thèse propose une redéfinition du problème de la localisation en termes sensorimoteurs. Un modèle de localisation sensorimotrice est alors proposé. Celui-ci se base sur des capacités de perception active bas-niveau pour construire une représentation de l'espace auditif qui est ensuite utilisée pour une localisation passive. En exploitant les capacités d'action du robot, ce modèle permet de s'affranchir des dépendances à l'environnement qui mettent en difficulté l'approche passive, en proposant ainsi un degré d'autonomie supérieur à celui des modèles actuels / The vast majority of perceptual systems proposed in robotics inherit apassive conception of perception, in which the generation of a motor command is the final stage of successive passive processes. In the field of sound sources localization, which is a fundamental task of the auditory system, this passive approach provides good results when the environment is well known and easily modeled. However, difficulties arise when the environment becomes more complex, unknown or changing. These difficulties are a major issue in the field of machine hearing. This thesis considers a radically different approach inspired by the psychology of perception and theory of sensorimotor contingencies. This approach places action at the heart of the process of perception, which is seen as an interaction of a biological or robotic agent with it's environment. While passive approach requires environmental knowledge, implicitly integrated into models by the robotisist, the sensorimotor approach suggests that this knowledge is acquired by the agent by itself, through its sensorimotor experience. Thus, this thesis applies the theory of sensorimotor contingencies to sound sources localization for autonomous robots. Based on a model of the auditory system adapted to robotics, this thesis proposes a redefinition of the localization problem in sensorimotor terms. A sensorimotor model of localization is then proposed. It is based on active and low-level perception skills which are used to learn a representation of the auditory space. This representation is then used for a passive localization of new sound sources. By exploiting the active capabilities of the robot, this model eliminates the environment dependencies that put difficulty in the passive approach, thus offering a degree of autonomy higher than current models

Les constructeurs automobiles fabriquant des systèmes de conduite automatisée ont besoin d’aborder les conséquences que ces systèmes peuvent avoir sur la sécurité routière. Notamment pour l’évaluation des gains de sécurité, la sécurisation des essais et l’analyse des accidents impliquant le véhicule autonome. Cependant, le cadre conceptuel actuel utilisé dans la sécurité routière peut ne pas être adapté pour l’analyse des changements et des nouvelles interactions introduits par l’automatisation du véhicule à travers toutes les échelles du système sociotechnique de transport routier.Le but de la thèse est d’appliquer une approche systémique fondée sur STAMP afin d'étudier les gains attendus du véhicule autonome en termes de sécurité routière, sécuriser les expérimentations et analyser les accidents impliquant ce type de véhicule, à travers toutes les échelles du système sociotechnique de transport routier.Afin de contribuer au calcul des gains du véhicule autonome sur la sécurité routière, la population cible d’un « highway pilot system» a été définie et des questions issue d’une analyse STPA (analyse des risques issue de STAMP) aidant à l’évaluation de l’efficacité du système ont été élaborées.Un cadre de sécurisation des expérimentations couvrant tous les niveaux du système a été mis en place au moyen d’une analyse STPA à deux échelles.Enfin, une méthode d’analyse des accidents impliquant un conducteur automatisé a été créé en intégrant des éléments issus de méthodes d’analyses des accidents de la route existantes et des éléments explicatifs développés spécialement à la méthode CAST (méthode d’analyse des accidents fondée sur STAMP). L’accident impliquant une Tesla en mai 2016 est le cas d’étude de cette nouvelle méthode, CASCAD.En conclusion, ces trois applications ont montré tout le potentiel d’une approche systémique fondée sur STAMP pour offrir un cadre conceptuel adapté à l’évaluation des conséquences sur la sécurité routière de la conduite automatisée. / As automakers develop automated driving systems, they must address the implications of such systems on road safety. Notably for the safety benefit assessment, trial safety and accident analysis. However, the existing conceptual framework in road safety may not be adapted to analyze the changes and new interactions introduced by vehicle automation at all the levels of the road transport sociotechnical system.The main objective of this thesis is to apply a systems theoretic approach based on STAMP to examine the safety benefit assessment, trial safety and accident analysis of automated driving across all the levels of the road transport sociotechnical system.This research first contributes to safety benefit assessment by estimating the target population of a highway pilot system and by generating questions derived from an STPA analysis (hazard analysis based on STAMP) to facilitate the evaluation of the influence of the highway pilot system on road safety.Next, this work establishes a framework to ensure trial safety across the macroscopic and microscopic levels of the vehicle trial system by structuring the outputs of two STPA analyses.Finally, this thesis integrates elements from existing crash analysis methods and newly developed guidance elements into CAST (an accident analysis method based on STAMP) to develop a new method for the accident analysis of crashes involving automated driving called CASCAD. The application of CASCAD was illustrated using the available information of the Tesla crash on May 2016.The three applications of this research show the potential of a STAMP-based approach to provide a suitable conceptual framework for the analysis of the implications of road safety on automated driving.

Ce travail s’inscrit dans le cadre de la mise en place d’une stratégie de SHM (Structural Health Monitoring) dédiée à la surveillance des structures en génie civil. Il a porté, d’une part, sur l’étude des méthodes de détection et de localisation de l’endommagement du bâti existant et, d’autre part, sur l’élaboration du cahier des charges d’un capteur « intégré » capable de délivrer des informations par transmission compacte des données pour les communiquer à une chaîne SHM. Des études numériques et expérimentales ont été réalisées dans cet objectif. L’état de l’art a clairement mis en évidence plusieurs points faibles des méthodes de détection et de localisation d’endommagements usuelles comme, par exemple, le manque de précision et/ou la complexité de mise en place. On observe aussi que la sensibilité de ces méthodes par rapport à plusieurs paramètres, essentiellement la direction de mesure, le positionnement des capteurs et la sévérité des endommagements, ne permet pas à ce jour de dresser un diagnostic précis de l’état de santé des structures. Pour répondre au cahier des charges d’une chaîne SHM, un Algorithme de Détection et de Localisation (ADL) a été élaboré. Cet algorithme fait appel à des méthodes utilisant les paramètres modaux, essentiellement les fréquences propres et les déformées modales. Leurs mises en œuvre séquentielles et itératives, judicieusement structurées et pilotées,a permis de répondre aux objectifs fixés. Les paramètres modaux requis sont identifiés à l’aide des techniques d’Analyse Modale Opérationnelle (AMO) et à partir de la réponse en accélérations des structures. Deux algorithmes d’AMO ont été utilisés pour leur efficacité et pour leur aptitude à l’automatisation: la méthode stochastique par sous ensemble (SSI), et la méthode de décomposition dans le domaine fréquentiel (FDD). En fusionnant les algorithmes d’AMO avec l’ADL, une chaîne complète de surveillance a été créée. La validation des algorithmes et de la chaîne de surveillance s’est faite à plusieurs niveaux. Tout d’abord, basés sur la théorie des éléments finis, des modèles numériques de la tour de l'Ophite et du pont canadien de la Rivière aux-Mulets ont permis d'évaluer l'ADL. Ces modèles sont endommagés par des signaux sismiques et fournissent les données accélérométriques, données d’entrée du logiciel que nous avons développé. Les résultats obtenus sont tout à fait satisfaisants voire meilleurs que ceux issus des méthodes usuelles. Dans un second temps, nous avons traité des données expérimentales «réelles », issues des mesures accélérométriques sur la tour de l’Ophite. La confrontation entre les résultats d’identification des fréquences propres et des déformées modales issus des algorithmes d’AMO et ceux reportés par la bibliographie, a révélé l’efficacité des algorithmes développés.Enfin, une maquette d’un bâtiment à échelle réduite a également été élaborée et instrumentée.L’application de la chaine de surveillance a permis, d’une part, de détecter et localiser l’endommagement introduit dans la structure et, d’autre part, de mettre en évidence l’intérêt de la surveillance automatique. Finalement, une étude a été menée dans le but de réduire la quantité d’informations enregistrées sur les structures et de faciliter le transfert des données servant comme entrées de la chaîne de surveillance. Les résultats de ces études ont contribué à la spécification d’un nouveau système de surveillance