L'identification des fondements de la locomotion passe par la compréhension des structures anatomiques et des mécanismes mis en jeu lors de ce mouvement. Les études expérimentales en biomécanique ont ainsi permis de mettre en évidence un grand nombre d'invariants tels que la minimisation de l'énergie. En paléoanthropologie, lorsqu'il s'agit d'étudier l'influence de la morphologie sur le mouvement, l'approche par« anatomie comparée» est la plus utilisée. A partir d'observations sur les espèces actuelles, cette approche propose un certain nombre d'hypothèses locomotrices pour des espèces fossiles. Toutefois, la plupart des analyses en paléoanthropologie se focalisent sur une partie isolée du squelette (la hanche, le genou ou le bassin par exemple) et il est difficile de faire fonctionner ensemble des caractéristiques anatomiques de nature très différente et provenant de différentes parties du corps. Dans ce travail, nous proposons d'adapter des méthodes de simulation du mouvement bipède afin d'étudier les relations entre les paramètres anatomiques et le mouvement. Nous proposons, dans un premier temps, une méthode pour modéliser des squelettes et les exploiter pour la simulation. Nous décrivons ensuite une solution pour calculer les mouvements de la chaîne articulaire pelvienne à partir d'une trajectoire connue des pieds. Enfin, nous décrirons comment cette précédente méthode peut être utilisée pour simuler une locomotion bipède incluant le calcul de la trajectoire des pieds. Après avoir validé cette approche globale chez l'homme, nous proposons une application à un chimpanzé et à un spécimen d'Australopithecus afarensis ("Lucy", A.L.288-1). L'application paléontologique vise à tester l'influence de la longueur de pas et de diverses reconstructions de squelettes sur les mouvements simulés. En plus de l'apport scientifique dans le domaine de l'analyse du mouvement, ce travail a des implications directes dans le domaine des activités physiques et sportives afin de comprendre les fondamentaux de la performance motrice

La robotique de service est un domaine émergent où il est nécessaire de commander des robots en interaction forte avec leur environnement. Ce travail présente une méthode adaptative de commande combinant de l'apprentissage de modèles de la mécanique à de la commande dans l'espace opérationnel de robots redondants. L'apprentissage des modèles cinématiques est obtenu soit par dérivation de modèles géométriques appris, soit par apprentissage direct. Ces modèles cinématiques, également appelés matrices Jacobiennes, peuvent être utilisés dans le calcul de pseudo-inverses ou de projecteurs pour la commande de robots. Cette combinaison de méthodes permet d'obtenir un contrôleur qui s'adapte à la géométrie du robot command é. En utilisant les mêmes algorithmes d'apprentissage, il est possible d'apprendre un modèle dynamique inverse du robot contr^olé de manière à le commander en couple plutôt qu'en vitesse, l'avantage étant de pouvoir s'adapter aux modifications dynamiques qui s'appliquent sur le robot comme par exemple l'application d'une force extérieure ou l'ajout d'un poids. Des expériences en simulation menées dans le cadre de cette thèse montrent comment réaliser plusieurs tâches hiérarchiques ou comment s'adapter à des perturbations avec des modèles appris. Des expériences sur le robot iCub ont également été menées afin de rendre compte de la plausibilité de l'approche proposée sur un système réel.

Ce document présente la mesure de rendements isotopiques issus de la fission de l'U238 obtenus suite à l'expérience SOFIA réalisée au GSI à Darmstadt (août 2012). Cette expérience novatrice utilise la technique de la cinématique inverse relativiste, qui présente plusieurs avantages : les fragments de fissions sont focalisés vers l'avant dans un cône de faible ouverture angulaire (grande efficacité géométrique), et possèdent un état de charge nul ce qui facilite considérablement la mesure des rendements élémentaires. Le dispositif SOFIA se compose tout d'abord d'une cible active, dans laquelle a lieu la fission par excitation coulombienne et d'une chambre d'ionisation qui permet à la fois la mesure de la charge nucléaire et de l'angle horizontal des deux fragments en coïncidence. La mesure des masses est faite en déterminant le rayon de courbure des fragments, déviés par un puissant aimant (ALADIN), grâce à deux détecteurs de positions (MWPC), et par une mesure de temps de vol, qui nécessite une résolution extrême d'environ 40 ps FWHM pour que la séparation des isotopes lourds voisins soit acceptable. L'analyse des données montre que les objectifs initiaux ont étés remplis, puisque la séparation isotopique est atteinte sur toute la gamme des fragments de fission. Un effet pair-impair significatif est observé dans les rendements en charge, dont le spectre présente, comme attendu, une valeur moyenne pour la charge lourde très proche de Z = 54. L'effet pair-impair neutron présente, étonnamment, une amplitude et une forme très similaire à celle mesurée sur des fissions en neutrons thermiques. Le rapport pic/vallée des distributions en masses indiquent que l'énergie d'excitation est proche des 14 MeV attendus. Enfin, nos mesures sont très souvent comparées au code GEF qui donne des résultats toujours très proches des nôtres. / The isotopic fission yields of U 238 following the SOFIA experiment, conducted at the GSI facility (Darmstadt), are presented here. This experiment takes advantage of the inverse kinematics technique at relativistic energies. Benefits are several : fission fragments are highly focused (high geometrical efficiency) and are also completely stripped, which greatly simplifies their nuclear charge measurement. The first detector of the SOFIA setup is an active target in which fission occurs via electromagnetic excitation, followed by an ionization chamber to measure the nuclear charge and the horizontal angle of both fission fragments. The masses are deduced by the bending radius measurement of the fragments, deflected by a strong magnet (ALADIN), thanks to two position detectors (MWPC), and also by a highly resolved time-of-flight measurement (40 ps FWHM) so that heavy neighboring isotopes can be separated. The data analysis shows that the main goals are achieved since the isotopic separation is reached over the whole range of the fission fragments. A strong even-odd effect is seen in the charge spectrum, which also exhibits a mean heavy charge close to Z = 54. Surprisingly, the neutron even-odd effect of the light region is seen to be very close to the one in thermal neutron induced fission. The peak-to-valley ratio of the mass spectrum confirms that the mean excitation energy at fission is close to the expected one (14 MeV). The GEF code is used for comparison and always gives results very close to ours.

La marche est pour l'homme son mode de locomotion le plus usuel. Pour un sujet sain, il s'agit d'une action simple qu'il exécute sans être obligé d'y penser. Cependant, la survenue d'une pathologie peut venir la perturber et augmenter son coût énergétique. L'autonomie diminue, ce qui risque de rendre dépendant l'individu dans ses activités quotidiennes. Afin de lutter contre, la rééducation de la marche doit prendre en compte les causes de ses perturbations. Or, il est difficile d'isoler le rôle de chacun des paramètres interdépendants qui composent la marche. L'objectif de ces travaux est donc de proposer une boucle complète allant de l'analyse à la simulation de la marche pathologique en passant par sa modélisation. L'intérêt est de disposer d'un outil capable de déterminer les facteurs discriminants de l'altération de la marche. Premièrement, le développement de nouveaux outils génériques d'analyse nous aide à mieux comprendre le mouvement étudié et ceci uniquement à partir de données cinématiques, en particulier acquises lors d'une marche sur tapis roulant. La deuxième étape se focalise sur la modélisation d'une marche particulière, celle des sujets hémiplégiques. La cinématique inverse permet de définir une tâche principale liée au mouvement ainsi qu'une tâche secondaire capable de tenir compte de la pathologie du sujet. Finalement, la marche hémiplégique est reproduite grâce à la méthode de simulation choisie. L'approche se base sur des entrées simples à acquérir et permet de tester des hypothèses de rééducation à travers le travail mécanique. La finalité de ce travail est donc de fournir aux thérapeutes un outil simple d'évaluation des hypothèses de rééducation de la marche à partir de son coût énergétique

Les avancées récentes en matière d'animation ont permis le déploiement de personnages virtuels à des fins diverses et variées. Les signeurs virtuels sont des personnages en trois dimension s'exprimant en langue des signes et permettant la diffusion de messages aux personnes sourdes et malentendantes signantes de manière anonyme et modulaire. Cependant, la génération d'animations pour ces personnages dépend de la description lexicale des signes, modèle linguistique dépendant du système de génération. Les signes décrits par ces modèles sont généralement des réalisations parfaites et géométriques menant à des mouvements robotiques et peu naturels de la part du signeur. Cette thèse s'intéresse à l'addition d'informations anatomiques au squelette de contrôle du personnage virtuel de manière à le faire signer de manière plus humaine et réaliste. Ces informations supplémentaires sont regroupées sous l'appellation de "modèle anatomique" et sont divisées en cinq contributions principales : une nouvelle représentation informatique du squelette, une étude anthropométrique sur la main, l'unification de dépendances articulatoires, un nouveau modèle de complexe carpo-métacarpien permettant l'opposition aisée du pouce et enfin un modèle calculant le confort d'une posture. Ces apports sont intégrés à une plateforme de génération au moyen de techniques adaptées aux contraintes imposées par les modèles linguistiques. Les travaux sont conclus par une évaluation du système ainsi qu'une réflexion sur les travaux futurs pouvant être élaborés à partir de cette thèse.

Dans le but d'améliorer la modélisation de la réaction nucléaire de spallation, un nouveau dispositif (SPALADIN) a été mis en place auprès de l'accélérateur GSI à Darmstadt afin de mesurer en coïncidence et en cinématique inverse les résidus de spallation et les fragments de désexcitation. Ce document décrit l'analyse de la réaction Fe+p à 1 GeV par nucléon, utilisant pour la première fois ce dispositif. Les sections efficaces de production et les vitesses des résidus lourds obtenues dans ce travail sont comparées à des expériences précédentes dans le but de caractériser le dispositif. La désexcitation du pré-fragment en fonction de la violence de la collision est ensuite étudiée plus spécifiquement. En particulier, l'accent est mis sur l'émission des fragments de charge supérieure ou égale à trois. Enfin ces données sont comparées à différents codes de calcul dans l'optique de mieux comprendre leurs divergences avec les données expérimentales.

Ce document présente la mesure de rendements isotopiques issus de la fission de l'U238 obtenus suite à l'expérience SOFIA réalisée au GSI à Darmstadt (août 2012). Cette expérience novatrice utilise la technique de la cinématique inverse relativiste, qui présente plusieurs avantages : les fragments de fissions sont focalisés vers l'avant dans un cône de faible ouverture angulaire (grande efficacité géométrique), et possèdent un état de charge nul ce qui facilite considérablement la mesure des rendements élémentaires. Le dispositif SOFIA se compose tout d'abord d'une cible active, dans laquelle a lieu la fission par excitation coulombienne et d'une chambre d'ionisation qui permet à la fois la mesure de la charge nucléaire et de l'angle horizontal des deux fragments en coïncidence. La mesure des masses est faite en déterminant le rayon de courbure des fragments, déviés par un puissant aimant (ALADIN), grâce à deux détecteurs de positions (MWPC), et par une mesure de temps de vol, qui nécessite une résolution extrême d'environ 40 ps FWHM pour que la séparation des isotopes lourds voisins soit acceptable. L'analyse des données montre que les objectifs initiaux ont étés remplis, puisque la séparation isotopique est atteinte sur toute la gamme des fragments de fission. Un effet pair-impair significatif est observé dans les rendements en charge, dont le spectre présente, comme attendu, une valeur moyenne pour la charge lourde très proche de Z = 54. L'effet pair-impair neutron présente, étonnamment, une amplitude et une forme très similaire à celle mesurée sur des fissions en neutrons thermiques. Le rapport pic/vallée des distributions en masses indiquent que l'énergie d'excitation est proche des 14 MeV attendus. Enfin, nos mesures sont très souvent comparées au code GEF qui donne des résultats toujours très proches des nôtres.

La marche est un mécanisme complexe impliquant l’élaboration de trajectoires dans des milieux divers et variés et la réalisation des mouvements segmentaires qui permettent de les parcourir. Elle est alors dépendante de l’environnement, des obstacles et autres individus qui le peuplent mais également des capacités physiques du corps humain. De part cette complexité, l’étude de la marche est généralement compartimentée en deux niveaux : la génération de trajectoires locomotrices d’une part et les mouvements des membres d’autre part. Ce travail vise à proposer un processus complet d’analyse de la marche, en s’intéressant au lien unissant les trajectoires locomotrices aux mouvements segmentaires. Dans un premier temps nous nous intéressons à la génération de trajectoires. Plus particulièrement, nous nous focalisons sur une situation de croisement entre deux piétons et sur les stratégies mises en place pour éviter la collision. Puis, nous portons notre attention sur la manière dont les endroits de pose de pieds sont influencés par la trajectoire. Cette analyse nous conduit à proposer un modèle de génération d’empreintes de pas. Enfin, nous nous intéressons à la générations des trajectoires articulaires menant au mouvement de marche. Par l’utilisation de la méthode de linéarisation locale nous proposons une nouvelle méthodologie pour la simulation de la marche à partir d’une entrée unique : la prochaine empreinte pas / Walking is a complex mecanism involving trajectories generation in various environments and motion generation in order to follow the path. Then, it is dependent on environment, obstacles and peoples moving around but also on body capabilities. This complexity lead scientits to split walking analysis in two levels : trajectory generation in one hand, and motion generation in the othe hand. This work aim to provide a global walking analysis processus by linking trajectorires and motion generation. First, we explore walking trajectories throw a particular situation : pedestrians crossing. Here we take interest in trajectories and speed adaptations. Then, we sink for the link between trajectory and heelstrike. It lead us to develop a model for heelstrike generation based on trajectory. Finally, we take interest in walking motion simulation. By the use of local linearization, we provide a new methodology for joints joints angles generation

SOFIA (Studies On FIssion with Aladin) est un programme expérimental innovant qui a pour objectif la mesure de plusieurs observables de la fission nucléaire : les taux de production isotopiques des fragments de fission, l'énergie cinétique totale des fragments, et la multiplicité des neutrons prompts. Ces informations sont obtenues pour une large variété d'actinides et de pré-actinides. Le recours à la cinématique inverse (le système fissionnant est le faisceau et non pas la cible) est le seul moyen d'identifier les fragments à la fois en charge et en masse. Le travail de doctorat présenté dans cette thèse porte sur l'expérience menée en Octobre 2014 et dédiée à la mesure de la fission de ² ³ ⁶ U induite par excitation coulombienne, soit l'analogue de la fission de ² ³⁵U induite par neutron.Les expériences SOFIA ont lieu à GSI (Darmstadt, Allemagne), la seule installation au monde capable de délivrer un faisceau d'uranium ² ³⁸ de 1 GeV par nucléon. Ce faisceau primaire subit une première fragmentation, dont les produits sont sélectionnés par le FRS (FRagment Separator) afin de former un faisceau secondaire du noyau d'intérêt, en l'occurrence ² ³ ⁶ U, qui est guidé vers l'expérience SOFIA où sa fission est déclenchée.Certains noyaux proches de ² ³ ⁶ U sont également transmis par le FRS : il est donc nécessaire de procéder à l'identification en masse et en charge du système fissionnant, puis d'identifier les deux fragments de fission. Dans les deux cas, l'identification, réalisée événement par événement, repose sur la mesure simultanée de la perte d'énergie dans un gaz, de la rigidité magnétique et du temps de vol. Seules les fissions induites par excitation coulombiennes sont pertinentes : la contribution des réactions nucléaires à la production des fragments doit donc être mesurée et soustraite.L'analyse présentée dans ce document inclut l'identification du faisceau secondaire en masse et en charge, l'identification en charge des fragments de fission, l'estimation de la contribution des réactions nucléaires, et finalement les taux de production des éléments obtenus dans la fission de ² ³ ⁶ U. Ces résultats sont comparés à ceux d'autres mesures réalisées sur SOFIA, et à des résultats antérieurs obtenus par d'autres techniques. / SOFIA (Studies On FIssion with Aladin) is an innovative experimental program which aims to measure several fission observables — the isotopic fission yields, the total kinetic energy of the fragments and the prompt neutron multiplicity, for a wide range of actinides and pre-actinides. The use of inverse kinematics (the fissioning system is the beam instead of the target) is the only way to fully identify fragments in charge and mass. The PhD work presented in this thesis concerns the experiment conducted in October 2014, and is focused on the Coulomb-induced fission of ² ³ ⁶ U, which can be regarded as the analog of the neutron-induced fission of ² ³⁵U.The SOFIA experiments take place in GSI (Darmstadt, Germany) because it is the sole facility in the world which delivers a beam of ² ³⁸U at 1 AGeV. This beam is fragmented and the products are selected by the FRS (FRagment separator) in order to deliver a secondary beam of nuclei of interest - ² ³ ⁶ U in our case, which is then guided to the SOFIA setup where its fission is triggered.Since some nuclides with close atomic and mass numbers to ² ³ ⁶ U are also transmitted by the FRS, it is necessary to identify the fissioning system from the secondary beam first, and then identify both the associated fission fragments. All identifications are performed event by event on the basis of measurements of the energy loss, the magnetic rigidity and the time of flight. Since we are only interested in the Coulomb-induced fission of ² ³ ⁶ U, the contribution of fragmentation fissions on the nuclear charge distribution of fission fragments has to be suppressed.The analysis in this paper involves the isotopic identification of the fissioning system, the nuclear charge identification of the fission fragments, the estimation of the nuclear contribution, and the extraction of the elemental fission yield. The results are then compared to other measurements performed with the SOFIA setup, as well as previous results obtained by other techniques.

Les missions robotiques sont généralement exprimées à travers des buts à atteindre (objectifs) tout en respectant des conditions impératives (contraintes). Ces entrées opérationnelles pouvant être inconnues à l'avance, l'utilisation des méthodes de commandes réactives est courante. Cependant, ces approches se limitent généralement à la résolution du problème de commande, celui-ci étant considéré comme résoluble. Le simple cas d'une articulation soumise simultanément à des contraintes de limites d'accélération et de position montre que les incompatibilités sont fréquentes. Dans ce cadre, une méthodologie est proposée pour analyser et garantir la sécurité au niveau de la commande, et des études de cas sont exposées. S'en dégagent deux résultats principaux: 1/ l'expression intuitive des contraintes de position nécessite une modification pour rester compatible avec les contraintes d'accélérations; 2/ les accélérations opérationnelles dépendant de la configuration, la compatibilité entre évitement d'obstacle et limites d'accélérations articulaires ne peut être établie simplement et le recours à des comportements alternatifs sûrs est nécessaire. Ces résultats sont illustrés à travers des expériences sur un manipulateur à 6 DDL. La résolubilité du problème étant assurée, la qualité de sa résolution obéit à plusieurs critères : sécurité, optimalité, efficacité, etc. La sécurité étant un prérequis, deux compromis sont proposés. Premièrement la Constraints Compliant Control (CCC), basée sur un principe d'évitement passif, donne des résultats performants et robustes. Ensuite, l'utilisation d'une configuration virtuelle déplacée offre un compromis entre efficacité et optimalité.