Cette thèse est dédiée à l'étude du Thompson Sampling (TS), une heuristique qui vise à surmonter le dilemme entre exploration et exploitation qui est inhérent à tout processus décisionnel face à l'incertain. Contrairement aux algorithmes issus de l'heuristique optimiste face à l'incertain (OFU), où l'exploration provient du choix du modèle le plus favorable possible au vu de la connaissance accumulée, les algorithmes TS introduisent de l'aléa dans le processus décisionnel en sélectionnant aléatoirement un modèle plausible, ce qui les rend bien moins coûteux numériquement. Cette étude se concentre sur les problèmes paramétriques linéaires, qui autorisent les espaces état-action continus (infinis), en particulier les problèmes de Bandits Linéaires (LB) et les problèmes de contrôle Linéaire et Quadratique (LQ). Nous proposons dans cette thèse de nouvelles analyses du regret des algorithmes TS pour chacun de ces deux problèmes. Bien que notre démonstration pour les LB garantisse une borne supérieure identique aux résultats préexistants, la structure de la preuve offre une nouvelle vision du fonctionnement de l'algorithme TS, et nous permet d'étendre cette analyse aux problèmes LQ. Nous démontrons la première borne supérieure pour le regret de l'algorithme TS dans les problèmes LQ, qui garantie dans le cadre fréquentiste un regret au plus d'ordre O(\sqrt{T}). Enfin, nous proposons une application des méthodes d'exploration-exploitation pour les problèmes d'optimisation de portefeuille, et discutons dans ce cadre le besoin ou non d'explorer activement. / This dissertation is dedicated to the study of the Thompson Sampling (TS) algorithms designed to address the exploration-exploitation dilemma that is inherent in sequential decision-making under uncertainty. As opposed to algorithms derived from the optimism-in-the-face-of-uncertainty (OFU) principle, where the exploration is performed by selecting the most favorable model within the set of plausible one, TS algorithms rely on randomization to enhance the exploration, and thus are much more computationally efficient. We focus on linearly parametrized problems that allow for continuous state-action spaces, namely the Linear Bandit (LB) problems and the Linear Quadratic (LQ) control problems. We derive two novel analyses for the regret of TS algorithms in those settings. While the obtained regret bound for LB is similar to previous results, the proof sheds new light on the functioning of TS, and allows us to extend the analysis to LQ problems. As a result, we prove the first regret bound for TS in LQ, and show that the frequentist regret is of order O(sqrt{T}) which matches the existing guarantee for the regret of OFU algorithms in LQ. Finally, we propose an application of exploration-exploitation techniques to the practical problem of portfolio construction, and discuss the need for active exploration in this setting.

La Loire est un des principaux hydrosystèmes fluviaux français. Les îles font partie intégrante du paysage fluvial et tout particulièrement du corridor anastomosé de la Loire moyenne, d'où l'appellation de la Loire des îles. La thèse s'intéresse au fonctionnement méconnu de ce système fluvial. Les îles de la Loire sont à la fois des traceurs morphologiques du réajustement fluvial et des témoins des usages et pratiques par les sociétés du fleuve. L'approche morphologique se consacre ainsi à l'évolution du fleuve depuis le 19ème siècle à travers différentes échelles d'analyse spatiale et temporelle. Sous un Système d'Information Géographique (SIG), il a été possible de suivre l'évolution du lit fluvial depuis 1850 et d'analyser en détail les mécanismes et les rythmes de formation des îles. Les îles ne sont pas des formes entièrement stabilisées et peuvent être considérées comme des formes fluviales de réajustement aux perturbations environnementales (facteur déclenchant : arrêt de la navigation ; facteurs aggravants : absence de grande crue, incision du lit, déclin de l'agriculture, extractions de granulat). Le paysage de la Loire des îles est encore en transition et annonce la tendance à une chenalisation unique dominée par la forêt alluviale. Cette approche à échelle moyenne est complétée par une approche plus fine focalisée sur l'évolution saisonnière et inter-annuelle des îles et des bras secondaires. Des Modèles Numériques de Terrain (MNT) et des profils en travers comparatifs intégrés au SIG permettent alors de quantifier précisément les processus d'érosion et de sédimentation en fonction de l'année hydrologique. Les îles sont les sites privilégiés du piégeage sédimentaire et accentuent le déficit sédimentaire enregistré depuis le milieu du 20ème siècle. Les bras secondaires présentent de grands contrastes entre eux et permettent encore le transit sédimentaire. Cependant, la végétalisation de certains bras s'accélère et compromet leur pérennité. Les budgets sédimentaires des unités fluviales ont donc été établis à différents pas de temps. Cette thèse apporte au final des éléments indispensables à une gestion du fleuve.

Dans cette thèse nous étudions, d'une part, la poursuite de trajectoires pour des systèmes mécaniques soumis à des contraintes unilatérales sans frottement. L'analyse de stabilité prend en compte le caractère hybride et discontinu de la dynamique de ces systèmes. Les différences qu'il y a entre la poursuite de trajectoires pour des systèmes contraints ou non, sont expliquées en termes de trajectoires de références et de signaux de contrôles. Ce travail présente les conditions de stabilité des contrôleurs proposés. Il est montré que la conception des phases de transitions est un point clef dans l'analyse de stabilité. La robustesse de ces lois est étudiée sur quelques simulations numériques. Finalement nous présentons quelques extensions possibles de ce contrôleur aux impacts multiples. La seconde partie de ce travail traite du double impact d'un bipède avec le sol. Nous déterminons quelles sont les conditions nécessaires pour avoir une marche en double support.

L'ergonomie est un facteur de conception des postes de travail important, l'apparition de troubles musculo-squelettiques (TMS) y étant directement liée. L'objectif de cette thèse est la conception d'outils d'analyse du membre supérieur utilisables pour améliorer l'ergonomie des postes de travail et diminuer les risques d'apparition de TMS. Les contributions principales de cette thèse sont : - Un modèle biomécanique du membre supérieur basé sur l'anatomie fonctionnelle ; - Une chaine de traitement complète, de la capture de mouvements à l'estimation des efforts musculaires « par dynamique inverse » ; - L'ajout de contraintes complémentaires simulant la co-activation des muscles agonistes et antagonistes au mouvement ; - La présentation et l'évaluation d'une méthode d'estimation des efforts musculaires par interpolation ; - La définition et l'évaluation d'un critère ergonomique permettant d'évaluer la pénibilité d'un mouvement.

La protonthérapie est une technique avancée de radiothérapie qui permet de délivrer une dose élevée à la tumeur, tout en épargnant au mieux les tissus sains environnants, grâce aux propriétés balistiques des protons. Cependant, des particules secondaires, principalement des neutrons, sont créées par les interactions nucléaires que les protons initient dans les composantes de la ligne et de la salle de traitement, ainsi que dans le patient. Ces neutrons secondaires conduisent à des doses indésirables déposées aux tissus sains situés à distance du volume cible, dont la conséquence pourrait être une augmentation du risque de développement de seconds cancers chez les patients traités et en particulier chez les enfants. Cette thèse a pour objectif d'évaluer par calcul les doses dues aux neutrons secondaires reçues par des patients de différents âges traités à l'Institut Curie- centre de protonthérapie d'Orsay (ICPO) par des faisceaux de protons de 178 MeV pour des tumeurs intracrâniennes. Les traitements sont réalisés dans la nouvelle salle de l'ICPO équipée d'un bras isocentrique IBA. Les composants de la ligne et de la salle de traitement ainsi que la source de protons ont été modélisés à l'aide du code de calcul Monte Carlo MCNPX. Le modèle obtenu a été validé par une série de comparaisons de calculs à des mesures expérimentales. Ces comparaisons ont concerné : a) les distributions de doses latérales et en profondeur du faisceau de protons primaire dans un fantôme d'eau, b) la spectrométrie des neutrons en une point de la salle, c) les équivalents de doses ambiants en différents points de la salle et d) les doses à distance du volume cible au sein d'un fantôme physique anthropomorhe. Des accords satisfaisants ont été obtenus entre les calculs et les mesures, permettant ainsi de considérer le modèle comme validé.Les fantômes hybrides-voxels de différents âges, développés par l'Université de Floride ont été ensuite introduits dans le modèle et des calculs de doses dues aux neutrons secondaires aux différents organes de ces fantômes ont été réalisés. Les doses diminuent lorsque la distance de l'organe au champ de traitement augmente et lorsque l'âge du patient augmente. Un patient de 1 an peut recevoir des doses deux fois plus élevées qu'un adulte. La dose maximale, égale à 16,5 mGy pour un traitement délivrant 54 Gy à la tumeur, est reçue, pour le fantôme de 1 an, par les glandes salivaires. Une incidence latérale (gauche ou droite) du faisceau de protons peut délivrer des doses deux fois plus élevées qu'une incidence supérieure (gauche ou droite), et quatre fois plus élevées qu'une incidence antéro-supérieure pour certains organes. Des doses équivalentes aux organes dues aux neutrons ont été aussi calculées. Les facteurs de pondération wR des neutrons varient entre 4 et 10, et les doses équivalentes atteignent au maximum 155 mSv au cours d'un traitement complet.

Le milieu des Services à l'automobile est un secteur d'activité important, tant par son nombre d'entreprises que de travailleurs. Au fil des ans, quelques études ont présenté que ce milieu est touché d'une manière importante par les troubles musculo-squelettiques aux membres supérieurs (TMS-MS). Plusieurs auteurs ont établi un lien entre les postures de travail, les outils utilisés et le développement de TMS-MS. Cette étude avait pour objectif d'évaluer des stratégies utilisées lors du boulonnage à la clé à chocs pneumatiques par des mécaniciens d'expérience ayant préalablement été observés par Giguère et al. (2007) lors d'une étude exploratoire portant sur les TMS-MS dans le secteur des Services à l'automobile. Ces stratégies avaient été identifiées en raison de leur potentiel à diminuer les contraintes physiques aux membres supérieurs associées au boulonnage à la clé à chocs pneumatique. Seize sujets ont réalisé cinq manoeuvres de boulonnage, mais les résultats de seulement treize d'entre eux ont été utilisés pour les analyses statistiques multifactorielles. Ces sujets devaient réaliser seize conditions expérimentales qui furent créées à partir de la combinaison de quatre variables indépendantes. Ces variables comportaient: les plans de travail (horizontal et vertical), les positions du coude (en flexion et en extension), les types de saisie (à une main et à deux mains) et les caractéristiques des clés à chocs pneumatiques (modèle lourd et modèle léger). Lors du boulonnage sur le plan horizontal avec le coude fléchi, une rallonge de 45 centimètres a été utilisée pour assurer le dégagement de la tête. Lors du boulonnage des cinq vis, le couple de serrage à atteindre d'au moins 115 Nm était mesuré à l'aide d'un capteur IMADA DL-1M. La demande musculaire a été mesurée avec l'électromyographie (EMG) de surface pour neuf muscles des membres supérieurs. L'évaluation des moments de force externes exercés par les outils au niveau de la prise a aussi été faite. La vidéo a permis d'évaluer le positionnement angulaire des membres supérieurs et les capteurs de force (accéléromètre et couple de serrage) ont servi à établir la durée du boulonnage ainsi que le nombre de coups pour atteindre le couple de serrage final. La perception psychophysique de l'effort associée aux différentes conditions expérimentales a aussi été recueillie pour chacun des sujets. Selon les résultats de l'EMG, l'utilisation d'une rallonge de 45 centimètres qui permettait de boulonner sur le plan horizontal avec le coude fléchi a permis de réduire les pourcentages d'une contraction volontaire maximale de 29 % pour le trapèze supérieur et de 23,6% pour le deltoïde antérieur. Cette baisse suggère la posture et parfois plus importante que l'ajout d'un poids supplémentaire de 800 grammes (poids de la rallonge), pour induire une réduction de la demande musculaire. Les résultats ont aussi démontré que le manque de puissance de la clé à chocs légère entraînait toujours durée de boulonnage plus importante par rapport à celle plus lourde. Il serait intéressant de poursuivre cette étude en tentant d'identifier clairement qu'elles sont les caractéristiques d'une clé à chocs pneumatique qui permettent de réduire les contraintes physiques associées au boulonnage avec cet outil. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Mécanique automobile, Trouble musculo-squelettique au membre supérieur, Ergonomie, Électromyographie, Biomécanique, Couple de serrage, Boulonnage.

Les troubles musculo-squelettiques aux membres supérieurs dans l'industrie de la transformation de la viande sont très élevés. L'utilisation du couteau par les travailleurs est problématique car plusieurs facteurs de risque y sont reliés. Cette étude est réalisée en milieu de travail dans une entreprise de transformation du veau et comporte trois hypothèses. 1-les conditions de travail de l'aiguiseur ne lui permettent pas d'implanter le taillant arrondi. 2-le taillant droit est plus facile à affiler que le taillant arrondi, mais résiste moins bien aux encoches et 3-les travailleurs évaluent le caractère coupant en référant à certaines caractéristiques du couteau ou certaines circonstances du travail non précisées encore dans le questionnaire. Huit travailleurs et l'aiguiseur ont participé à l'étude. Des entretiens individuels et un enregistrement vidéo ont été réalisés avec chaque participant. 36 couteaux ont été aiguisés dont 18 avec un taillant droit et 18 avec un taillant arrondi. Chaque travailleur participant a testé quatre couteaux. Chaque couteau était utilisé durant une journée complète de travail. Durant la journée, nous étions présent afin de poser des questions aux travailleurs pour connaître l'état du couteau et leur niveau de satisfaction. Les résultats de la première hypothèse démontrent que l'aiguiseur a beaucoup de tâches à accomplir durant la journée de travail. L'activité d'aiguisage est la seule tâche sur laquelle il peut avoir un certain contrôle. Pour gagner du temps, il n'a pas été en mesure d'implanter le taillant arrondi. Les résultats concernant la deuxième hypothèse n'ont pas permis de démontrer de façon statistiquement significative que le taillant arrondi était plus coupant et plus résistant aux encoches que le taillant droit. Cependant, une tendance a été remarquée voulant que le taillant arrondi soit plus coupant que le taillant droit. Les travailleurs ont trouvé que le caractère tirant du couteau était différent du pouvoir de coupe en début de journée, mais que ces deux concepts se ressemblaient en fin de journée. L'aiguiseur et un expert ont évalué le pouvoir de coupe du couteau manuellement et leurs résultats sont semblables. Nous avons remarqué une différence significative entre les groupes d'affileurs experts et moins expérimentés selon le pouvoir de coupe. Aussi, les affileurs moins expérimentés ont plus de facilité à affiler le taillant droit que le taillant arrondi. Des tests entre les résultats obtenus sur le banc d'essai et les résultats donnés par les experts démontrent que ces deux types d'évaluations ne se ressemblent pas. Finalement, les résultats des couteaux fraîchement aiguisés démontrent que le pouvoir de coupe est moindre que certains couteaux utilisés par les travailleurs et qu'ils résistent moins à l'usure. Cela suggère que l'activité d'affilage est très importante pour avoir un couteau coupant et résistant dans la viande. La présence d'une personne dans l'entreprise a permis d'améliorer certaines questions dans le questionnaire utilisé pour l'évaluation des couteaux par les travailleurs. Cependant, elle n'a pas permis de mettre en évidence certains aspects non précisés dans le questionnaire et qui sont pris en compte par les travailleurs lors de leur évaluation.

Dans le contexte de la robotique de service, les robots doivent interagir avec l'environnement et les humains qui s'y trouvent. La présence d'humain crée un contexte particulier où la sécurité et le confort des utilisateurs prime sur la dynamique du système. L'environnement n'étant pas figé dans ce contexte, l'utilisation de capteurs extéroceptifs est indispensable. Un premier thème développé dans le mémoire est la planification de trajectoires pour laquelle nous proposons de borner la vitesse, l'accélération et le jerk. Les trajectoires sont alors définies par une succession de cubiques, sept pour passer d'une situation initiale à une situation finale quelconque. La méthode est étendu à l'espace et au suivi d'une trajectoire définie par des points, les rotations y sont représentées par des quaternions. Nous proposons ensuite une commande par retour visuel fondée sur le suivi de mouvements souples planifiés. L'utilisation d'un filtre de Kalman étendu pour estimer la position de la cible autorise une auto-calibration du système. Des simulations et des expérimentations sur le robot Jido permettent de valider cette approche. Le planificateur de trajectoire est utilisé quotidiennement sur le robot Jido dans le cadre du projet européen Cogniron.

L'exposition aux vibrations est une préoccupation importante au niveau de la prévention des troubles musculo-squelettiques au membre supérieur. Selon une étude effectuée par Semid (2002), la vibration est présente dans différents secteurs reliés à l'automobile. En effet, différents domaines d'emploi regroupent les facteurs de risques soulevés par le Centre canadien d'hygiène et de sécurité au travail (CCHST). Plusieurs troubles ont été soulevés selon la norme ISO 5349-1 considérant la vibration comme un facteur de risque de développer des troubles musculo-squelettiques (TMS). Plus particulièrement, le membre supérieur semble visé lorsqu'une exposition aux vibrations se fait par l'entremise d'outil vibrant mis en contact avec la main. Cette étude a servi à explorer différentes variables pouvant influencer la transmission de la vibration au membre supérieur tout comme le recrutement musculaire de ce segment. L'utilisation d'un pot vibrant a permis de contrôler certaines variables afin d'exposer douze sujets à diverses combinaisons d'éléments vibratoires (90 au total). Effectivement, l'amplitude (2,5 m/s2, 5 m/s2 et 10 m/s2) et la fréquence (20 Hz, 40 Hz et 65 Hz) de la vibration étaient contrôlées par le pot vibrant. Il s'agit en fait des deux premières variables indépendantes étudiées. D'ailleurs, ce groupe se conclut avec la force de préhension (25 N, 50 N et 100 N) et la déviation du poignet (neutre, radiale et ulnaire) qui ont aussi formé les conditions expérimentales. Par contre, le groupe de douze sujets était divisé en deux somatotypes de six ectomorphes et six mésomorphes. Les combinaisons effectuées entre ces facteurs lors de la réalisation des conditions expérimentales impliquaient que les sujets maintiennent une force de préhension sur la poignée du pot vibrant pendant dix secondes. L'électromyographie a été utilisée afin de mesurer l'activité musculaire des participants. De plus, la disposition de deux accéléromètres sur le membre supérieur des sujets a permis d'observer la transmission des vibrations vers les diverses articulations impliquées. Les résultats de l'étude ont permis d'observer qu'une force de préhension plus importante entraînait une transmission plus élevée de la vibration au membre supérieur. De plus, les sujets de type ectomorphe avaient tendance à transmettre de façon plus importante les vibrations et à solliciter certains muscles davantage (extenseur commun des doigts). Finalement, il a été vu que la combinaison d'une haute amplitude (10 m/s2) et d'une faible fréquence (20 Hz) de la vibration était celle où les contraintes musculaires pour le membre supérieur étaient les plus élevées. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Vibration, Force de préhension, Somatotype, Troubles musculo-squelettiques, Électromyographie.

L'apparition de robots de service de plus en plus complexes ouvre de nouvelles perspectives quant aux tâches de manipulation d'objets. Malgré les progrès récents des techniques de plani fication de mouvement, peu d'entre elles s'intéressent directement à des systèmes multi-bras comme les torses humanoïdes. Notre contribution à travers cette thèse porte sur trois aspects. Nous proposons une technique de planification de mouvement performante basée sur la coordination des mouvements du système multi-bras. Elle exploite au mieux la structure du système en la divisant en parties élémentaires dont les mouvements sont planifiés indépendamment du reste du système. La fusion des différents réseaux élémentaires générés est ensuite réalisée dans le but d'obtenir un graphe prenant en compte le robot tout entier. Une seconde contribution porte sur l'extension des méthodes de planification pour des robots présentant des chaînes cinématiques fermées. Ces boucles cinématiques apparaissent dans le système lorsque, par exemple, le torse humanoïde saisit un objet avec plusieurs bras. Cette méthode traite explicitement les configurations singulières des manipulateurs, offrant ainsi une meilleure maniabilité de l'objet. Finalement, nous proposons deux approches pour la planification de tâches de manipulation d'objets par un torse humanoïde. La première concerne la résolution d'une tâche de prise et pose d'objets par un torse humanoïde à deux bras dans le cas où les contraintes imposées par la tâche nécessitent le passage par une double prise afin de transférer l'objet d'une main à l'autre. La seconde porte sur la résolution du même type de tâche par un manipulateur mobile. La thèse, effectuée dans le cadre du projet européen Phriends, présente les résultats d'expérimentations réalisées sur le robot Justin, démonstrateur du projet.