Du fait que les complications liées à l'utilisation d'instruments obstétriques proviennent d'un problème de formation des jeunes obstétriciens et sages-femmes, nous proposons le simulateur d'accouchement BirthSIM comme un outil pour acquérir une première expérience obstétrique. En effet, un simulateur offre à l'équipe médicale une formation sans risque afin de compléter la formation traditionnelle en salle d'accouchement.<br /><br />Le simulateur BirthSIM se compose de mannequins anthropomorphes pour assurer la continuité avec la salle d'accouchement. Pour reproduire les forces mises en jeu, un vérin pneumatique commandé par un servodistributeur est asservi en position et en effort afin de simuler différents accouchements. Pour évaluer le geste obstétrique celui-ci est décomposé en deux étapes : la pose des forceps et le geste d'extraction. Pour analyser la pose des forceps, ces derniers ont été instrumentés avec des capteurs de position à six degrés de liberté, puis des méthodes d'analyse des gestes ont été développées pour évaluer objectivement la répétabilité des opérateurs, leur erreur et le taux de similarité de leur geste par rapport à un geste de référence. Concernant le geste d'extraction, un capteur de force placé au niveau du cou foetal enregistre la force exercée par l'opérateur. Une fonction d'évaluation regroupe les paramètres liés à cette extraction<br />(force maximal, travail, etc.) afin d'obtenir un indice de performance du geste.<br /><br />Enfin, l'interface de visualisation du simulateur permet aux opérateurs de voir un geste habituellement réalisé en aveugle car prenant place à l'intérieur du bassin maternel. Une méthode d'apprentissage sans risque du geste obstétrique est proposée à l'équipe médicale. En<br />utilisant les méthodes d'évaluation développées, la progression de la technique des obstétriciens formés sur le simulateur BirthSIM est quantifiée. Les résultats obtenus confirment et complètent les résultats disparates trouvés dans la littérature et attestent de l'intérêt d'un simulateur.

Ce mémoire est dédié à l'étude de la stabilité des systèmes non linéaires à commutation, systèmes qui peuvent être considérés comme une abstraction de haut niveau d'un système hybride, dans lequel la dynamique discrète est complètement omise. Ce problème est abordé de manières différentes : la stabilité conditionnelle par contrôle des commutations, la stabilisation uniforme et la commande sans modèle. Après une large introduction, le second chapitre se focalise sur la construction d'une séquence de commutation qui assure la stabilité du système. Cette approche repose sur la réécriture du système non linéaire par une représentation polytopique, utilisée pour dégager des conditions suffisantes en termes d'inégalités matricielles. Dans le troisième chapitre, la stabilisation uniforme est abordée. Une condition nécessaire et suffisante y est dégagée, construite sur la notion nouvelle de fonction de Lyapunov contrôlée commune. Dans le quatrième chapitre, un modèle formel est introduit pour représenter uniquement l'ensemble des scénarios admissibles par la physique du système. Pour ce faire, un réseau de Petri temporel est utilisé, permettant ainsi par son analyse la caractérisation de l'ensemble des scénarios admissibles. Divers concepts de stabilité sont par suite appliqués au modèle résultant. Un dernier chapitre propose une approche originale des systèmes à commutation, par une commande sans modèle de ces derniers, c'est-à-dire sans en connaître la dynamique des différents modes. L'algorithme proposé est basé sur des méthodes algébriques d'estimations rapides de dérivées et de paramètres, assurant ainsi une stabilité pratique si les commutations ne sont pas trop rapides.

L'étendue des mouvements que les robots humanoïdes peuvent réaliser est fortement limitée par des contraintes dynamiques. Une loi de commande qui ne prend pas en compte ses res- trictions, d'une manière ou autre, ne va pas réussir d'éviter une chute. La Commande Prédictive est capable de considérer les contraintes sur l'état et le contrôle de manière explicite, ce qui la rend particulièrement appropriée pour le contrôle des mouvements des robots marcheurs.Nous commençons par dévoiler la structure spécifique de ces contraintes, démontrant notamment l'importance des appuis au sol. Nous développons ensuite une condition suffisante pour l'évitement d'une chute et nous proposons une loi de commande prédictive qui y réponde. Cette formulation nous sert ensuite pour la conception des contrôleurs pratiques, capables d'un contrôle plus efficace et plus robuste des robots marcheurs humanoïdes.

Ce travail propose de nouvelles stratégies pour la planification et le contrôle des robots mobiles non-holonomes, de nouveaux algorithmes sont proposés. Tout d'abord, l'identification des différents modèles cinématiques de robot mobiles est discutée, et le problème est formulé comme l'identification en temps réel du signal de commutation d'un système singulier non-linéaire et à commutation. Deuxièmement, sur la base du modèle identifié, un algorithme de planification locale est proposé, et le contour irrégulier de l' obstacle est représenté par des segments. La trajectoire est obtenue en résolvant un problème de commande optimale avec contraintes. Troisièmement, nous appliquons un contrôleur i-PID pour contrôler le robot mobile non-holonome avec la perturbation dans les mesures. Un paramètre de commutation α est proposé en raison de la particularité du système non-holonome. En plus de notre algorithme de planification proposé, une autre approche de planification en utilisant de champs de potentiels est proposée. La nouvelle fonction de champ de potentiel est en mesure de résoudre les problèmes de minima locaux et de produire des forces lisses pour éviter les oscillations. Enfin, une approche de planification coopérative entre robots est proposée en utilisant les informations locales partagées par chaque robot. Le graphe de visibilité est utilisé pour générer une série d'objectifs intermédiaires qui assureront aux robots d'atteindre l'objectif final, et un algorithme est proposé pour étendre les obstacles et fusionner les obstacles lorsque deux obstacles s'entrecroisent

Les deux principaux traités de chasse français médiévaux, le Livre du roy Modus et de la royne Ratio, rédigé entre 1354 et 1377 par un seigneur normand, Henri de Ferrières et le Livre de chasse, écrit de 1387 à 1388 par le comte Gaston III de Foix-Béarn, dit Febus, sont nés de la volonté d’établir une somme des savoirs cynégétiques et de les transmettre aux générations futures grâce à un livre associant des images au texte. Ce travail se propose de mettre en lumière les modalités de la création iconographique, la fonction des miniatures, leur relation avec le texte, au sein d’un ouvrage didactique profane, ainsi que la transmission d’un modèle, en se fondant sur les exemplaires les plus anciens de chaque œuvre (exécutés en 1379 et 1388-1390) et sur un corpus représentatif de leurs suiveurs, s’échelonnant sur un siècle. On a pu expliquer l’apparition d’un tel projet à la fin du XIVe siècle en analysant le propos et les intentions des auteurs et en cernant un contexte intellectuel, social et artistique favorable. L’examen des données formelles des livres et surtout de leur mise en page a montré un équilibre entre texte et image et le caractère pédagogique de leur traitement visuel. L’étude approfondie des cycles originaux a révélé la souplesse des mises en scène et des procédés narratifs s’adaptant aux contenus variés, l’implication concomitante de l’auteur et de l’artiste dans la création des illustrations, la variété des usages faits par les miniatures du référent textuel et la multiplicité des rôles dévolus aux images. Les premiers traités de chasse enluminés voient le langage pictural collaborer avec le langage écrit au service de l’ambition didactique du livre. / The two principle French medieval huntbooks, the Livre du roy Modus et de la royne Ratio, written between 1354 and 1377 by Henri de Ferrières, a Norman nobleman, and the Livre de chasse, written between 1387 and 1388 by Comte Gaston III de Foix-Béarn, called Febus, were encouraged and sponsored for the purpose of establishing a significant compilation of hunting knowledge, intended for future generation through a work associating illustration with the text. The present thesis proposes a clarification of the modes of iconographic creation, the role of miniatures, their relation to a text, at the heart of secular didactic works, as well as transmitting a model, founded upon the oldest copies of each work (executed respectively in 1379 and 1388-1390) and on a representative body of works by followers extended over one century. It was possible to explain the appearence of such a project at the end of 14th century by analysing proposals and intentions of the authors and discerning favorable intellectual, social and artistic context. Examination of book content and espacially setting on the page showed balance between text and ilustration and the pedagogic character of visual treatment. Extended study of original cycles revealed the suppleness of the visual story line and of the narrative process adapting to variable content, the concomitant connection between author and artist for the creation of illustrations, the variety of textual usages in miniatures and the multiplicity of roles given to images. The first illuminated huntbook treatises show pictural language working effectively with written language in the service of didactic purposes of the book.

Le travail présenté ici s'intéresse à la résolution numérique de problèmes de commande optimale stochastique de grande taille. Nous considérons un système dynamique, sur un horizon de temps discret et fini, pouvant être influencé par des bruits exogènes et par des actions prises par le décideur. L'objectif est de contrôler ce système de sorte à minimiser une certaine fonction objectif, qui dépend de l'évolution du système sur tout l'horizon. Nous supposons qu'à chaque instant des observations sont faites sur le système, et éventuellement gardées en mémoire. Il est généralement profitable, pour le décideur, de prendre en compte ces observations dans le choix des actions futures. Ainsi sommes-nous à la recherche de stratégies, ou encore de lois de commandes, plutôt que de simples décisions. Il s'agit de fonctions qui à tout instant et à toute observation possible du système associent une décision à prendre. Ce manuscrit présente trois contributions. La première concerne la convergence de méthodes numériques basées sur des scénarios. Nous comparons l'utilisation de méthodes basées sur les arbres de scénarios aux méthodes particulaires. Les premières ont été largement étudiées au sein de la communauté "Programmation Stochastique". Des développements récents, tant théoriques que numériques, montrent que cette méthodologie est mal adaptée aux problèmes à plusieurs pas de temps. Nous expliquons ici en détails d'où provient ce défaut et montrons qu'il ne peut être attribué à l'usage de scénarios en tant que tel, mais plutôt à la structure d'arbre. En effet, nous montrons sur des exemples numériques comment les méthodes particulaires, plus récemment développées et utilisant également des scénarios, ont un meilleur comportement même avec un grand nombre de pas de temps. La deuxième contribution part du constat que, même à l'aide des méthodes particulaires, nous faisons toujours face à ce qui est couramment appelé, en commande optimale, la malédiction de la dimension. Lorsque la taille de l'état servant à résumer le système est de trop grande taille, on ne sait pas trouver directement, de manière satisfaisante, des stratégies optimales. Pour une classe de systèmes, dits décomposables, nous adaptons des résultats bien connus dans le cadre déterministe, portant sur la décomposition de grands systèmes, au cas stochastique. L'application n'est pas directe et nécessite notamment l'usage d'outils statistiques sophistiqués afin de pouvoir utiliser la variable duale qui, dans le cas qui nous intéresse, est un processus stochastique. Nous proposons un algorithme original appelé Dual Approximate Dynamic Programming (DADP) et étudions sa convergence. Nous appliquons de plus cet algorithme à un problème réaliste de gestion de production électrique sur un horizon pluri-annuel. La troisième contribution de la thèse s'intéresse à une propriété structurelle des problèmes de commande optimale stochastique : la question de la consistance dynamique d'une suite de problèmes de décision au cours du temps. Notre but est d'établir un lien entre la notion de consistance dynamique, que nous définissons de manière informelle dans le dernier chapitre, et le concept de variable d'état, qui est central dans le contexte de la commande optimale. Le travail présenté est original au sens suivant. Nous montrons que, pour une large classe de modèles d'optimisation stochastique n'étant pas a priori consistants dynamiquement, on peut retrouver la consistance dynamique quitte à étendre la structure d'état du système / This work is intended at providing resolution methods for Stochastic Optimal Control (SOC) problems. We consider a dynamical system on a discrete and finite horizon, which is influenced by exogenous noises and actions of a decision maker. The aim is to minimize a given function of the behaviour of the system over the whole time horizon. We suppose that, at every instant, the decision maker is able to make observations on the system and even to keep some in memory. Since it is generally profitable to take these observations into account in order to draw further actions, we aim at designing decision rules rather than simple decisions. Such rules map to every instant and every possible observation of the system a decision to make. The present manuscript presents three main contributions. The first is concerned with the study of scenario-based solving methods for SOC problems. We compare the use of the so-called scenario trees technique to the particle method. The first one has been widely studied among the Stochastic Programming community and has been somehow popular in applications, until recent developments showed numerically as well as theoretically that this methodology behaved poorly when the number of time steps of the problem grows. We here explain this fact in details and show that this negative feature is not to be attributed to the scenario setting, but rather to the use of a tree structure. Indeed, we show on numerical examples how the particle method, which is a newly developed variational technique also based on scenarios, behaves in a better way even when dealing with a large number of time steps. The second contribution starts from the observation that, even with particle methods, we are still facing some kind of curse of dimensionality. In other words, decision rules intrisically suffer from the dimension of their domain, that is observations (or state in the Dynamic Programming framework). For a certain class of systems, namely decomposable systems, we adapt results concerning the decomposition of large-scale systems which are well known in the deterministic case to the SOC case. The application is not straightforward and requires some statistical analysis for the dual variable, which is in our context a stochastic process. We propose an original algorithm called Dual Approximate Dynamic Programming (DADP) and study its convergence. We also apply DADP to a real-life power management problem. The third contribution is concerned with a rather structural property for SOC problems: the question of dynamic consistency for a sequence of decision making problems over time. Our aim is to establish a link between the notion of time consistency, that we loosely define in the last chapter, and the central concept of state structure within optimal control. This contribution is original in the following sense. Many works in the literature aim at finding optimization models which somehow preserve the "natural" time consistency property for the sequence of decision making problems. On the contrary, we show for a broad class of SOC problems which are not a priori time-consistent that it is possible to regain this property by simply extending the state structure of the model

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 / The increasing number of elderly in the world reveals today new societal challenges, particularly in terms of healthcare and assistance services. With recent advances in technology, robotics appears as a promising solution to develop systems that improve the living conditions of this aging population. This thesis aims at proposing and validating an approach for robust control of an active orthosis, based on the subject intention. This orthosis is designed to assist flexion/ extension movements of the knee for people suffering from knee joint deficiencies. The proposed second order sliding mode control allows to take into account the nonlinearities and parametric uncertainties resulting from the dynamics of the equivalent lower limb-orthosis system. It also ensures on one hand, a good tracking performance of the desired trajectory imposed by the therapist or the subject itself, and on the second hand, a satisfactory robustness with respect to external disturbances that may occur during flexion and extension of the knee joint. In this thesis, a neural model based on Multi-Layer Perceptron is used to estimate the subject's intention from the measurement of the EMG signals characterizing the voluntary activities of the quadriceps muscle group. This approach overcomes the complex modeling of the muscular activation and contraction dynamics. All the proposed approaches in this thesis have been validated experimentally with the voluntary participation of several healthy subjects

La conception d'architectures opérationnelles d'un système de contrôle-commande est une phase très importante lors de la conception de systèmes de production d'énergie. Cette phase consiste à projeter l'architecture fonctionnelle sur l'architecture organique tout en respectant des contraintes de capacité et de sûreté, c'est-à-dire à allouer les fonctions de commande à un ensemble de contrôleurs tout en respectant ces contraintes. Les travaux présentés dans cette thèse proposent : i)une formalisation des données et contraintes du problème d'allocation de fonctions - ii)une méthode d'allocation, par recherche d'atteignabilité, basée sur un mécanisme d'appel/réponse dans un réseau d'automates communicants à variables entières - iii)la comparaison de cette méthode à une méthode de résolution par programmation linéaire en nombres entiers. Les résultats de ces travaux ont été validés sur des exemples de taille réelle et ouvrent la voie à des couplages entre recherche d'atteignabilité et programmation linéaire en nombres entiers pour la résolution de problèmes de satisfaction de systèmes de contraintes non linéaires. / The design of operational control architectures is a very important step of the design of energy production systems. This step consists in mapping the functional architecture of the system onto its hardware architecture while respecting capacity and safety constraints, i.e. in allocating control functions to a set of controllers while respecting these constraints. The work presented in this thesis presents: i) a formalization of the data and constraints of the function allocation problem- ii) a mapping method, by reachability analysis, based on a request/response mechanism in a network of communicating automata with integer variables- iii) a comparison between this method and a resolution method by integer linear programming. The results of this work have been validated on examples of actual size and open the way to the coupling between reachability analysis and integer linear programming for the resolution of satisfaction problems for non-linear constraint systems.

Dans l'industrie, l'utilisation de l'optimisation est omniprésente. Elle consiste à calculer la meilleure solution tout en satisfaisant un certain nombre de contraintes. Cependant, ce calcul est complexe, long et pas toujours fiable. C'est pourquoi cette tâche est longtemps restée cantonnée aux étapes de conception, ce qui laissait le temps de faire les calculs puis de vérifier que la solution était correcte et si besoin refaire les calculs. Ces dernières années, grâce à la puissance toujours grandissante des ordinateurs, l'industrie a commencé à intégrer des calculs d'optimisation au cœur des systèmes. C'est-à-dire que des calculs d'optimisation sont effectués en permanence au sein du système, parfois des dizaines de fois par seconde. Par conséquent, il est impossible de s'assurer a posteriori de la correction d'une solution ou de relancer un calcul. C'est pourquoi il est primordial de vérifier que le programme d'optimisation est parfaitement correct et exempt de bogue.L'objectif de cette thèse a été de développer outils et méthodes pour répondre à ce besoin.Pour ce faire, nous avons utilisé la théorie de la preuve formelle qui consiste à considérer un programme comme un objet mathématique. Cet objet prend des informations en entrée et produit un résultat. On peut alors, sous certaines conditions sur les entrées, prouver que le résultat satisfait nos exigences. Notre travail a consisté à choisir un programme d'optimisation puis à prouver formellement que le résultat de ce programme est correct. / In the industry, the use of optimization is ubiquitous. Optimization consists of calculating the best solution subject to a number of constraints. However, this calculation is complex,long and not always reliable. This is why this task has long been confined to the design stages,which allowed time to do the computation and then check that the solution is correct and if necessary redo the computation. In recent years, thanks to the ever-increasing power of computers, the industry has begun to integrate optimization computation at the heart of the systems. That is to say that optimization computation is carried out continuously within the system, sometimes dozens of times per second. Therefore, it is impossible to check a posteriori the solution or restart a calculation. That is why it is important to check that the program optimization is perfectly correct and bug-free. The objective of this thesis was to develop tools and methods to meet this need. To do this we have used the theory of formal proof that is to consider a program as a mathematical object. This object takes input data and produces a result. We can then, under certain conditions on the inputs, prove that the result meets our requirements. Our job was to choose an optimization program and formally prove that the result of this program is correct.

Dans le cadre du programme de croissance Européen 2020, la commission européenne a mis en place officiellement un chemin à long terme pour une économie à faible émission de carbone, en aspirant une réduction d’au moins 80% des émissions de gaz à effet de serre, d’ici 2050. Répondre à ces exigences ambitieuses, impliquera un changement majeur de paradigme, et notamment en ce qui concerne les infrastructures du réseau électrique. Les percées dans la technologie des semi-conducteurs et les avancées avec les nouvelles topologies d’électronique de puissance et leurs contrôle-commandes, ont contribué à l’impulsion donnée au processus en cours de réaliser un tel SuperGrid. Une percée technologique majeure a eu lieu en 2003, avec le convertisseur modulaire multi-niveaux (MMC ou M2C), présenté par le professeur Marquardt, et qui est actuellement la topologie d’électronique de puissance la plus adaptée pour les stations HVDC. Cependant, cette structure de conversion introduit également un certain nombre de défis relativement complexes tels que les courants “additionnels” qui circulent au sein du convertisseur, entrainant des pertes supplémentaires et un fonctionnement potentiellement instable. Ce projet de thèse vise à concevoir des stratégies de commande “de haut niveau” pour contrôler le MMC adaptées pour les applications à courant continue-haute tension (HVDC), dans des conditions de réseau AC équilibrés et déséquilibrés. La stratégie de commande optimale identifiée est déterminée via une approche pour la conception du type “de haut en bas”, inhérente aux stratégies d’optimisation, où la performance souhaitée du convertisseur MMC donne la stratégie de commande qui lui sera appliquée. Plus précisément, la méthodologie d’optimisation des multiplicateurs de Lagrange est utilisée pour calculer le signal minimal de référence du courant de circulation du MMC dans son repère naturel. / Following Europe’s 2020 growth program, the Energy Roadmap 2050 launched by the European Commission (EC) has officially set a long term path for a low-carbon economy, assuming a reduction of at least 80% of greenhouse gas emissions by the year 2050. Meeting such ambitious requirements will imply a major change in paradigm, including the electricity grid infrastructure as we know it.The breakthroughs in semi-conductor technology and the advances in power electronics topologies and control have added momentum to the on-going process of turning the SuperGrid into a reality. Perhaps the most recent breakthrough occurred in 2003, when Prof. Marquardt introduced the Modular Multilevel Converter (MMC or M2C) which is now the preferred power electronic topology that is starting to be used in VSC-HVDC stations. It does however, introduce a number of rather complex challenges such as “additional” circulating currents within the converter itself, causing extra losses and potentially unstable operation. In addition, the MMC will be required to properly balance the capacitive energy stored within its different arms, while transferring power between the AC and DC grids that it interfaces.The present Thesis project aimed to design adequate “high-level” MMC control strategies suited for HVDC applications, under balanced and unbalanced AC grid conditions. The resulting control strategy is derived with a “top-to-bottom” design approach, inherent to optimization strategies, where the desired performance of the MMC results in the control scheme that will be applied. More precisely, the Lagrange multipliers optimization methodology is used to calculate the minimal MMC circulating current reference signals in phase coordinates, capable of successfully regulating the capacitive arm energies of the converter, while reducing losses and voltage fluctuations, and effectively decoupling any power oscillations that would take place in the AC grid and preventing them from propagating into the DC grid.