Depuis plusieurs années, la simulation de mouvements d'humains virtuels est devenue un enjeu important pour de nombreux domaines. Comprendre le fonctionnement du mouvement humain et le simuler intéresse des disciplines variées, telles que l'animation par ordinateur, la robotique, la biomécanique, etc. Dans le cas de l'animation d'humains virtuels, le but est d'utiliser ces connaissances pour créer des humanoïdes aussi réalistes que possible. De nombreux travaux ont été déjà été réalisés, permettant désormais de gérer de nombreuses tâches avec des mouvements fidèles à ce qu'un humain aurait réalisé. L'une des contraintes importante du réalisme du mouvement humain est le respect des lois de la dynamique. Tout humain est soumis à ces lois inviolables, faisant partie des lois de la physique. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'étude et la modélisation simplifiée de la dynamique du mouvement humain afin d'atteindre des performances compatibles avec des applications interactives. Le travail proposé se décompose donc en trois parties : analyser le comportement de l'être humain face à certaines contraintes dynamiques, évaluer la capacité d'un utilisateur à percevoir les subtilités gestuelles induites par ces contraintes et proposer une nouvelle méthode d'animation d'humains virtuels tirant le meilleur profit de ces connaissances. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes donc tout d'abord penchés sur l'étude de la mesure d'équilibre dynamique du mouvement humain. Différents critères de mesure de l'équilibre et du déséquilibre du mouvement humain existent depuis des années en biomécanique et robotique. Dans le but d'évaluer l'efficacité de ces critères, nous avons réalisé une étude portant sur différent types de mouvements pour catégoriser le domaine d'utilisation optimal de chaque critère. Cependant, si la dynamique joue un rôle crucial dans le réalisme du mouvement, peu de travaux traitent de la perception des propriétés dynamiques. Dans le but de définir un seuil de perception, nous avons étudié la capacité des utilisateurs à détecter la masse d'un objet porté par un humain réel (vidéo) ou virtuel (animation). Il sort de l'étude réalisée qu'une faible différence de charge portée par un humain n'est pas perçue. Cependant, nous ne notons pas différence de précision si la séquence provient d'une vidéo ou d'une animation en images de synthèse. Ainsi, malgré le fait que des informations soient perdues lors du processus de capture de mouvements et de synthèse, les éléments liés à la dynamique du mouvement sont préservées et perçus par l'utilisateur. Au vu de l'imprécision avec laquelle un utilisateur perçoit les adaptations gestuelles dues à des contraintes dynamiques, nous avons proposé un modèle simplifié d'adaptation du mouvement en réponse à de nouvelles contraintes dynamiques. Lorsqu'un humain virtuel est soumis à des perturbations non présentes dans le mouvement d'origine, la méthode traite séparément l'adaptation posturale et temporelle du mouvement, entraînant une légère imprécision au profit d'une amélioration considérable du temps de calcul. Le mouvement obtenu est davantage adapté aux contraintes dynamiques que ne l'était celui d'origine, à moindre coût de calcul.

Ce document présente mon ``projet de recherche'' sur le thème de l'embodiment (``cognition incarnée'') au croisement des sciences cognitives, de l'intelligence artificielle et de la robotique. Plus précisément, je montre comment je compte explorer la façon dont un agent, artificiel ou biologique, élabore des représentations utiles et pertinentes de son environnement. Dans un premier temps, je positionne mes travaux en explicitant notamment les concepts de l'embodiment et de l'apprentissage par renforcement. Je m'attarde notamment sur la problématique de l'apprentissage par renforcement pour des tâches non-Markoviennes qui est une problématique commune aux différents travaux de recherche que j'ai menés au cours des treize dernières années dans des contextes mono et multi-agents, mais aussi robotique. L'analyse de ces travaux et de l'état de l'art du domaine me conforte dans l'idée que la principale difficulté pour l'agent est bien celle de trouver des représentations adaptées, utiles et pertinentes. J'argumente que l'on se retrouve face à une problématique fondamentale de la cognition, intimement liée aux problèmes de ``l'ancrage des symboles'', du ``frame problem'' et du fait ``d'être en situation'' et qu'on ne pourra y apporter des réponses que dans le cadre de l'embodiment. C'est à partir de ce constat que, dans une dernière partie, j'aborde les axes et les approches que je vais suivre pour poursuivre mes travaux en développant des techniques d'apprentissage robotique qui soient incrémentales, holistiques et motivationnelles.

Pseudomonas aeruginosa et Stenotrophomonas maltophilia, pathogènes opportunistes majeurs, pourraient acquérir leur résistance aux antibiotiques dans l'environnement, sous la pression exercée par les métaux lourds par co-sélection de résistance. Nous avons tout d'abord évalué la distribution et l'abondance de ces espèces dans un large panel de sols d'origine géographique différente (France et Afrique) et évalué l'influence d'activités anthropiques susceptibles d'exposer les sols en éléments métalliques sur cette distribution. Alors que la présence de P. aeruginosa est sporadique et plutôt liée à un apport exogène, S. maltophilia est présente dans tous les sols étudiés, suggérant son endémicité. L'évaluation des résistances des souches isolées de ces sols a également montré des différences entre les deux espèces. Les souches environnementales de P. aeruginosa sont pour la plupart caractérisées par un phénotype sauvage alors que celles de S. maltophilia présentent une grande diversité de phénotypes en fonction des sites, parfois similaires à ceux de souches cliniques. Cette diversité peut être attribuée à l'adaptation aux conditions environnementales très différentes rencontrées mais il est difficile d'attribuer précisément aux métaux un rôle dans la co-sélection de ces résistances. L'étude menée sur la communauté bactérienne d'un sol contaminé a également permis de mettre en évidence une forte proportion de bactéries résistantes à différents antibiotiques représentée par des espèces qualifiées de pathogènes opportunistes ainsi que la présence du gène blaIMP, permettant la résistance à l'imipénème, utilisé en milieu clinique pour le traitement de clones multi-résistants.

Ces travaux concernent l'utilisation de méthodes temps-fréquences pour l'étude des images SAR polarimétriques au travers de deux applications.<br />La réponse des cibles mobiles est étudiée. Sa forme particulière conduit à une méthode de détection et refocalisation basée sur la transformée de Fourier fractionnaire. La problématique est étendue au cas des cibles possédant de plus une réflectivité dépendant des paramètres d'illumination (angle et fréquence). Une approche basée sur une modélisation de la cible et sur l'algorithme de Matching-Pursuit est présentée.<br />La détection des bâtiments dans les images SAR de zones urbaines en bande L est abordée dans le cadre temps-fréquence. Les notions complémentaires de stationnarité et de cohérence sont exploitées pour produire une classification temps-fréquence, permettant d'identifier les environnements naturels et différents types de cibles artificielles. Des applications à la cartographie et à la caractérisation de bâtiments sont proposées.

Cette thèse aborde le problème de la localisation d'un robot mobile autonome en environnements naturels. La première partie du mémoire s'intéresse aux méthodes algorithmiques pouvant fournir une estimation de position et une classification de ces différentes méthodes en trois grandes catégories est proposée. La première classe présentée est dite " locale ". Elle repose sur un niveau d'abstraction très faible et utilise des données " brutes " ; la position du robot est calculée de façon incrémentale, par cumul de déplacements élémentaires. L'odométrie appartient à cette classe et ce document présente une analyse de ses performances. Une méthode originale d'estimation visuelle des déplacements est également proposée. Elle utilise la stéreo-vision et effectue le suivi de pixels dans une séquence d'images vidéo pour en déduire des déplacements élémentaires. Cette méthode permet de pallier certains inconvénients de l'odométrie, notamment en terrains accidentés. Les positions produites par les méthodes locales sont cependant sujettes à des dérives inexorables. Il est donc nécessaire d'utiliser des méthodes de la seconde classe --- dite " globale ". Celles-ci permettent, dans certaines circonstances, de réduire la dérive des méthodes locales (on trouve notamment dans cette catégorie les méthodes de localisation sur amers). Une méthode basée sur des cartes d'élévations est présentée. Cette représentation permet un recalage en position par minimisation d'une distance entre une image 3D locale et le modèle. De plus, grâce à une technique particulière de construction, une mémorisation de la trajectoire du robot permet de rétro-propager des modifications sur certaines positions et de garantir ainsi une (meilleure) cohérence spatiale du modèle. La dernière catégorie, regroupant les méthodes de localisation par rapport à un modèle initial ou les méthodes " absolues ", ne sont pas abordées dans ce document. La deuxième partie du mémoire analyse les problèmes posés par l'intégration des diverses méthodes à bord d'un robot dans le but de doter celui-ci d'un éventail de fonctionnalités, éventuellement redondantes. Une démonstration de navigation, réalisée grâce au robot Lama du groupe RIA du LAAS, est détaillée. L'intégration a été réalisée à travers le formalisme défini dans l'architecture LAAS (architecture pour les systèmes autonomes) et a abouti à la précision, au sein de cette architecture, du cadre nécessaire aux fonctionnalités de localisation. Notamment, les problèmes du datage des données et de fusion des informations de position sont pris en compte et une réflexion sur les transferts de données est proposée.

Ce travail de thèse propose un cadre méthodologique pour l'ingénierie et la réingénierie de la formation à distance qui s'appuie sur les récents efforts de normalisation des technologies éducatives. Ce cadre s'adresse aux concepteurs, afin de les accompagner dans leur travail, et de favoriser l'acquisition de nouvelles connaissances et compétences, notamment d'ordre conceptuel, organisationnel et méthodologique. En amenant les concepteurs à spécifier de manière explicite leurs intentions de conception d'un système de formation dans des modèles, et en confrontant ces modèles de spécification avec les usages observés durant les sessions d'apprentissage, nous accompagnons la nécessaire démarche réflexive de l'équipe de conception sur ses méthodes, et favorisons le développement et la capitalisation des savoir-faire et des démarches pédagogiques au sein d'une communauté de concepteurs.<br /><br />Nous avons proposé le cadre de référence du processus distribué ouvert de l'ISO (International Organization for Standardization) et de l'IEC (International Electrotechnical Commission) comme le méta-standard à adresser aux concepteurs de la communauté EIAH. La vision globale d'un système est explicitée par des mécanismes de transformations de différents points de vue.<br /><br />Un tel cadre a pour intérêt d'adresser un ensemble de termes à la communauté de concepteurs soucieux de partager les pratiques. Ce vocabulaire permet d'expliciter les invariants et les principes généraux, structuraux et fonctionnels d'un système de formation. Le travail présenté dans cette thèse vise à définir différentes instances d'un tel méta-standard et à illustrer ainsi les différents apports de ce modèle à la communauté des concepteurs des EIAH. La présentation du travail se structure autour de trois analyses instrumentées par le cadre ODP-RM (Object Distributed Processsing - Reference Model), trois réflexions sur la conception d'un EIAH portant sur l'utilisation des technologies éducatives normées, sur la réingénierie dans les EIAH et sur le processus de développement dirigé par les modèles. Les illustrations présentées dans le mémoire montrent le potentiel du cadre choisi à formaliser ces différents constats et à créer un ensemble d'instances décrivant de nouveaux éléments méthodologiques à adresser à la communauté de concepteurs d'un système de formation.

Malgré le franc succès des techniques de planification de mouvement au cours de ces deux dernières décennies, leur adaptation à des scènes comprenant à la fois des obstacles statiques et des obstacles mobiles s'est avérée limitée jusqu'ici. Une des raisons en est le coût associé à la mise à jour des structures de données précalculées afin de capturer la connexité de l'espace libre. Notre contribution principale concerne la proposition d'un nouveau planificateur capable de traiter ces problèmes d'environnements partiellement dynamiques composés à la fois d'obstacles statiques et d'obstacles mobiles.

Ce travail de thèse explore la conception d'applications collaboratives destinées a être exécutées dans des environnements ubiquitaires. Les applications collaboratives fournissent des moyens pour que des utilisateurs organisés dans des groupes puissent coopérer afin d'effectuer une tâche commune. Jusqu'à présent, ces applications ont été conçues pour une utilisation avec des systèmes de type "bureau". Dans ce travail nous proposons de faire profiter ces applications des possibilités offertes par les environnements issus de l'informatique ubiquitaire, notamment la sensibilité au contexte et l'adaptation. En premier lieu, un modèle sémantique de la collaboration, appelé GCO, est proposé afin de permettre l'expression des besoins de collaboration indépendamment du domaine d'application. Ce modèle est une ontologie de la collaboration incorporant des règles permettant d'effectuer d'inférences pour déduire un schéma de déploiement à partir des besoins de collaboration. En deuxième lieu, une approche de modélisation est proposée afin de faciliter la conception d'applications collaboratives ubiquitaires. Cette approche se base sur une décomposition multi-niveau permettant la mise en Suvre d'une adaptation de l'architecture du système aux changements du contexte haut niveau (exigences de l'application) et bas niveau (contraintes liées aux ressources). Ensuite, le framework FACUS, qui est une implantation de l'approche utilisant GCO comme modèle pivot pour l'interopérabilité entre les exigences et les contraintes, est proposé. Enfin, FACUS est évalué tant du point de vue fonctionnel que de celui des performances, montrant la faisabilité de notre approche.

La préparation d'interventions de maintenance dans les installations industrielles a dorénavant recours à des outils d'étude, de modélisation et de simulation basés sur l'exploitation de modèles virtuels 3D des installations. L'acquisition de ces modèles tridimensionnels s'effectue à partir de nuages de points mesurés, depuis plusieurs points de vue, par balayage angulaire horizontal et vertical d'un faisceau laser par scanner laser terrestre. L'expression dans un repère commun de l'ensemble des données acquises est appelée consolidation, au cours de laquelle les paramètres de changement de repères entre les stations sont calculés. L'objectif de cette thèse est d'améliorer la méthode d'acquisition de données laser en environnements industriels. Celle-ci doit, au final, garantir la précision et l'exactitude nécessaires des données tout en optimisant le temps et les protocoles d'acquisition sur site, en libérant l'opérateur d'un certain nombre de contraintes inhérentes au relevé topographique classique. Nous examinons, dans un premier temps, l'état de l'art des moyens et méthodes mis en œuvre lors de l'acquisition de nuages de points denses de scènes d'intérieurs complexes (Partie I). Dans un deuxième temps, nous étudions et évaluons les données utilisables pour la consolidation: données laser terrestres, algorithmes de reconstruction de primitives et systèmes de géolocalisation d'intérieur (Partie II). Dans une troisième partie, nous formalisons et expérimentons ensuite un algorithme de recalage basé sur l'utilisation de primitives appariées, reconstruites dans les nuages de points (Partie~III). Nous proposons finalement une approche probabiliste de l'appariement de primitives permettant l'intégration des informations et incertitudes a priori dans le système de contraintes utilisé pour le calcul des poses (Partie IV).

Afin de créer des productions toujours plus réalistes, les industries du jeu vidéo et du cinéma cherchent à générer des environnements de plus en plus larges et complexes. Cependant, la modélisation manuelle des objets 3D dans de tels décors se révèle très coûteuse. A l'inverse, les méthodes de génération procédurale permettent de créer facilement une grande variété d'objets, tels que les plantes et les bâtiments. La modélisation par règles de grammaire offre un outil de haut niveau pour décrire ces objets, mais utiliser correctement ces règles s'avère très souvent compliqué. De plus, aucune solution de modélisation basée grammaire ne supporte l'édition et la visualisation d'environnements massifs en temps interactif. Dans un tel scénario, les artistes doivent modifier les objets en dehors de la scène avant de voir le résultat intégré. Dans ces travaux de recherche, nous nous intéressons à la génération procédurale et au rendu d'environnements à grande échelle. Nous voulons aussi faciliter la tâche des artistes avec des outils intuitifs de contrôle de grammaires. Tout d'abord nous proposons un système permettant la génération procédurale en parallèle sur le GPU en temps interactif. Pour cela, nous adoptons une approche d'expansion indépendante par segment, permettant une amplification des données en parallèle. Nous étendons ce système pour générer des modèles basés sur une structure interne, tels que les toits. Nous présentons aussi une solution utilisant des contextes externes pour contrôler facilement les grammaires par le biais de surface ou de texture. Pour finir nous intégrons un système de niveaux de détails et des techniques d'optimisation permettant la génération, l'édition et la visualisation interactives d'environnements à grande échelle. Grâce à notre système il est possible de générer et d'afficher interactivement des scènes comprenant des milliers de bâtiments et d'arbres, représentant environ 2 teraoctets de données.