Le nombre croissant de personnes âgées dans le monde exige de relever de nouveaux défis sociétaux, notamment en termes de services d'aide et de soins de santé. Avec les récents progrès technologiques, la robotique apparaît comme une solution prometteuse pour développer des systèmes visant à faciliter et améliorer les conditions de vie de cette population. Cette thèse vise la proposition et la validation d'une approche de commande robuste et référencée intention d'une orthèse active, destinée à assister des mouvements de flexion/extension du genou pour des personnes souffrant de pathologies de cette articulation. La commande par modes glissants d'ordre 2 que nous proposons permet de prendre en compte les non-linéarités ainsi que les incertitudes paramétriques résultant de la dynamique du système équivalent orthèse-membre inférieur. Elle permet également de garantir d'une part, un bon suivi de la trajectoire désirée imposée par le thérapeute ou par le sujet lui-même, et d'autre part, une bonne robustesse vis-à-vis des perturbations externes pouvant se produire lors des mouvements de flexion/extension. Dans cette thèse, nous proposons également un modèle neuronal de type Perceptron Multi-Couches pour l'estimation de l'intention du sujet à partir de la mesure des signaux EMG caractérisant les activités musculaires volontaires du groupe musculaire quadriceps. Cette approche permet de s'affranchir d'un modèle d'activation et de contraction musculaire complexe. L'ensemble des travaux a été validé expérimentalement avec la participation volontaire de plusieurs sujets valides

Ce mémoire a pour vocation de prouver aux membres du jury ma capacité à diriger des recherches. Il est organisé de la manière suivante : La première partie regroupe mon curriculum vitae, et une liste de publications. Le chapitre 2 est une présentation générale d'une partie des travaux que j'ai initié au cours de la dernière décennie. Dans un souci de cohérence d'ensemble je n'ai présenté que les travaux relatifs à la commande de systèmes (max,+) linéaires. Ils constituent le dénominateur commun aux trois thèses que j'ai encadrées. Ce chapitre inclut quelques nouveautés à l'attention du lecteur averti, notamment la synthèse d'un observateur d'état est introduite pour la première fois ici. Il se termine sur la présentation de quelques perspectives de recherche. La troisième partie regroupe quelques publications qui permettront au lecteur de retrouver les preuves des résultats énoncés dans le second chapitre.

Pour notre mémoire, nous proposons d'analyser comment s'est définie l'intervention des villes québécoises qui ont associé des sculpteurs à la démarche de conception des espaces publics. Nos recherches visent à démontrer que, à l'instar des instances françaises, les dirigeants des grandes villes du Québec tentent actuellement d'instituer une nouvelle forme d'art qui participe à la qualification des espaces urbains et qui favorise la collaboration de l'artiste avec les autres métiers de la ville. Nous nous intéresserons dans un premier temps à la Ville de Montréal, qui a procédé en 2003 à une commande auprès d'artistes professionnels pour l'intégration d'une oeuvre en lien avec un nouveau parc urbain situé à l'arrière du métro Papineau. L'artiste Michel de Broin a alors proposé une oeuvre, Révolutions, pour exploiter la fonction mécanique d'un escalier en étirant la forme, puis en la contorsionnant jusqu'à ce qu'elle présente l'aspect des rails d'un manège. Puis, en 2002, les dirigeants de la Ville de Sherbrooke ont confié l'aménagement d'un nouveau lieu, l'esplanade Frontenac, et l'installation d'une sculpture sur la place des Moulins à l'artiste et architecte de réputation internationale Melvin Charney. Une oeuvre emblématique de la transformation de la force du courant en électricité, Une célébration... de l'eau à la lumière, a vu le jour en 2004. Finalement, une autre expérience de commande publique s'est déroulée dans la Ville de Gatineau. La proposition présentée par l'équipe multidisciplinaire composée de Simon Bouffard, architecte-paysagiste, de Claude Chaussard, architecte et artiste, et d'André Fournelle, artiste, a été retenue. Constituée de soixante-quatre «arbres géants» faits d'acier corten et de bois, et munis d'un dispositif de lumière réfléchissant, l'oeuvre Réflexion (2006) envahit littéralement l'espace urbain. L'analyse de la conception des oeuvres d'art de notre corpus étudiera les modes de coopération entre l'artiste et les autorités de la ville, représentée par des élus et des employés municipaux, dont les décisions s'appuient sur des politiques urbanistiques et culturelles définies, mais aussi sur l'élaboration de procédures de la commande publique. Elle considérera également les étapes qui ont mené à la réalisation de l' oeuvre, jusqu'à sa disposition dans l'espace urbain. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Art public, Politique culturelle, Commande publique, Espace urbain, Sculpture, Michel de Broin, Melvin Charney, André Fournelle, Claude Chaussard.

Les microsystèmes sont des systèmes dynamiques multi-physiques. Leurs caractéristiques spécifiques, liées à leur petite dimension et aux phénomènes associés, nécessitent des études approfondies. Les méthodologies de l'automatique peuvent apporter des solutions nouvelles pour l'optimisation de ces systèmes. Dans ce contexte, ce travail de recherche s'intéresse plus particulièrement aux nonlinéarités dans les microsystèmes capteurs. La première partie de cette thèse est consacrée à la conception d'un micro-accéléromètre asservi à sortie numérique. L'objectif principal de l'asservissement est l'amélioration de la linéarité de la mesure. L'étude s'attache à la modélisation du comportement dynamique du capteur en prenant en compte l'effet des non-linéarités (lecture capacitive et actionnement électrostatique) et à l'analyse des performances globales de la mesure (aspect dynamique, transfert de bruit et non-linéarité). Le circuit réalisant l'asservissement est conçu de manière à permettre l'utilisation d'outils de l'automatique avancée : l'identification pour la commande et la synthèse robuste de correcteur. L'architecture présentée est validée en simulation et sur un d´emonstrateur. Dans une deuxième partie, ce travail de recherche propose d'exploiter la non-linéarité dite de Duffing afin de réaliser un principe de détection original. Cette non-linéarité d'origine mécanique est fréquemment rencontrée dans les microsystèmes. Les résultats présentés ouvrent des perspectives nouvelles pour l'utilisation de structures mécaniques de dimensions nanométriques.

Ce rapport de thèse a pour but de résumer le travail de recherche sur la commande non linéaire de canaux à surface libre, basé sur un modèle de dimension finie, obtenu par une méthode de collocation orthogonale. Il est divisé en trois grandes parties. Une première partie présente les systèmes de distribution d'eau en général, ainsi que quelques notions d'automatisation et un état de l'art sur le sujet. La deuxième partie présente le modélisation de biefs de canaux ouverts par les équations de Saint-Venant, ainsi que trois méthodes d'intégration numérique de ces équations. Les méthodes présentées sont deux méthodes de différences finies, une explicite et une autre implicite dite de Preissmann, et une troisième est la méthode de collation orthogonale, utilisée par la suite pour la commande. La troisième partie est dédiée au développement de lois de commande non linéaires pour le modèle de canal à surface libre obtenu par la méthode de collation orthogonale. Trois méthodes sont utilisées ici pour la commande : linéarisation entrée-sortie, linéarisation entrée-sortie dynamique et backstepping. De plus afin de s'affranchir de la nécessité de mesurer tous les états, un observateur de débit et infiltration a été développé. Enfin, quelques avavcées sur la commande de briefs interconnectés sont présentés.

UN ONDULEUR MULTICELLULAIRE SERIE (STRUCTURE MEYNARD-FOCH) EST UTILISE POUR LES APPLICATIONS HAUTE TENSION ET PERMET L'AMELIORATION DES FORMES D'ONDE DE LA TENSION DE SORTIE, TOUT EN CONSERVANT UNE BONNE REPARTITION DES CONTRAINTES DE COMMUTATEUR. LA STABILITE DU SYSTEME SOUMIS A UNE COMMANDE PERIODIQUE EST ETUDIEE, EN PARTICULIER L'ENSEMBLE DES SINGULARITES LIEES A LA COMMANDE MLI SYMETRIQUE EST EXHIBE DANS LE CAS TRIPHASE. LA COMMANDE A POUR OBJET DE REGULER LES TENSIONS DE CONDENSATEUR DE LA STRUCTURE TOUT EN RESPECTANT UN PROFIL IMPOSE DE TENSION DE SORTIE. LA COMMANDE PROPOSEE PERMET D'OBTENIR SIMULTANEMENT UNE DYNAMIQUE RAPIDE (COMPARABLE A CELLE DES MODES GLISSANTS) ET UN CONTENU HARMONIQUE INTERESSANT TOUT EN RESPECTANT LES CONTRAINTES DE COMMUTATION. CETTE COMMANDE ACTIVE A FREQUENCE FIXE, EST BASEE SUR UNE EXPLOITATION DES CONFIGURATIONS EQUIVALENTES DU POINT DE VUE DE LA TENSION DE SORTIE. UNE COMMANDE PERIODIQUE PASSIVE EST EGALEMENT PRESENTEE. CES DEUX COMMANDES S'APPLIQUENT A UN NOMBRE QUELCONQUE DE CELLULES. LA MISE EN UVRE DES COMMANDES ACTIVES NECESSITE L'OBSERVATION DES TENSIONS DE CONDENSATEUR. DEUX CAS SONT TRAITES SELON QUE LES MESURES DE TENSION OU DE COURANT SONT DISPONIBLES. POUR FINIR, LE TOUT EST VALIDE EN SIMULATION PAR LA COMMANDE MULTINIVEAUX D'UN MOTEUR ASYNCHRONE. L'ASPECT TEMPS REEL A ETE UN SOUCIS PERMANENT.

Ce travail se place dans le cadre de la navigation autonome d'une flottille de robots mobiles non holonomes. Notre objectif est de doter un système multi-robots à la fois d'une architecture de planification de trajectoire flexible et d'une architecture de poursuite de trajectoire performante et robuste.<br />Le premier chapitre est consacré à la présentation du contexte.<br />Le deuxième chapitre est dévolu au développement d'un algorithme de planification de trajectoire admissible pour un robot mobile suffisamment flexible pour pouvoir être étendu au cadre multi-robots.<br />Dans le troisième chapitre, deux mécanismes de coordination sont développés. Pour le premier, les conflits sont résolus via un superviseur. Le second permet la génération en ligne des trajectoires optimales de chaque robot de manière décentralisée à partir uniquement des informations disponibles.<br />Le quatrième chapitre concerne la commande par modes glissants d'ordre quelconque. L'efficacité de l'algorithme est mise en lumière à travers des résultats expérimentaux sur un moteur pas à pas.<br />Dans le cinquième chapitre, deux algorithmes de commande par modes glissants avec action intégrale sont synthétisés et implémentés sur le robot Pekee. Ces techniques assurent la stabilisation et/ou le suivi de trajectoire malgré la présence de perturbations et d'incertitudes.<br />Le dernier chapitre décrit un mécanisme décentralisé de coordination de type ``meneur/suiveur''. Il permet de s'affranchir de la connaissance de la position absolue de l'ensemble des robots et d'éviter les collisions entre robots. Enfin, nous présentons des résultats expérimentaux sur une flottille de trois robots Miabot.

L'objectif de cette thèse est d'apporter des contributions à une méthodologie<br />intégrée pour l'identification et la commande des systèmes industriels. La première<br />partie analyse les problématiques de la commande des systèmes industriels et propose<br />une méthode qui conduit rapidement au calcul d'un régulateur robuste pour<br />un large nombre d'applications réelles en suivant les trois étapes fondamentales :<br />données E/S, identification du modèle, calcul du régulateur. La deuxième partie est<br />dédiée à l'étude des systèmes industriels linéaires monovariable. On présente une<br />procédure basée sur l'interaction entre la commande et l'identification en boucle<br />fermée. Une méthode pour l'ajustement des régulateurs PID destinés aux systèmes<br />d'ordre élevé est aussi proposée. La modélisation et identification d'une classe de<br />modèles non-linéaires constituent l'objet de la troisième partie de la thèse.

Cette thèse s'inscrit dans les études menées sur la commande des dispositifs de l'électronique<br />de puissance dédiés à la qualité de l'énergie. Différentes structures de contrôle numériques<br />avancées (les correcteurs à base d'intégrateurs, le correcteur prédictif Dead-Beat et le<br />Contrôle Direct de Puissance avec modulation vectorielle) ont été analysées et comparées, sur<br />les plans tant théoriques que pratiques, et ce sur des applications multi-fréquentielles, plus<br />concrètement sur l'application au filtrage actif parallèle, une des applications les plus<br />exigeantes de l'électronique de puissance.<br />Une première étude a été réalisée en basse tension et ensuite, vu l'évolution de l'électronique<br />de puissance vers des applications plus puissantes, une étude en montant en tension a été<br />menée afin d'identifier les limitations qui apparaissent. Même si les limitations les plus<br />importantes se trouvent dans la partie de puissance des convertisseurs (le courant, la tension et<br />surtout la fréquence de commutation des semiconducteurs), on montre que des commandes<br />plus performantes peuvent repousser les limites naturelles aux convertisseurs.

Les recherches effectuées dans cette thèse concernent les composants électroniques minéraux, organiques et les systèmes photovoltaïques. Concernant les semiconducteurs minéraux, nous avons modélisé les propriétés de conduction des structures métal/oxyde/semiconducteur (MOS) fortement intégrées en absence et en présence des charges. Nous avons proposé une méthodologie permettant de caractériser le vieillissement des structures MOS sous injection du courant de type Fowler Nordheim (FN). Ensuite, nous avons étudié les diodes Schottky en polymères de type métal/polymère/métal. Nous avons conclu que: Le mécanisme de transfert des charges, à travers l'interface métal/polymère, est attribué à l'effet thermoïonique et pourrait être affecté par l'abaissement de la barrière de potentiel à l'interface métal/polymère. Dans le domaine de l'énergie photovoltaïque, nous avons conçu et modélisé un système photovoltaïque de moyenne puissance (100W). Nous avons montré que l'adaptation du générateur à la charge permet une meilleure exploitation de l'énergie solaire. Ceci est réalisé par le biais des convertisseurs contrôlés par une commande de type MPPT munie d'un circuit de détection de dysfonctionnement et de redémarrage du système.