L'expérimentation, outil de validation ou de confrontation de l'hypothèse à la réalité, nécessite des moyens spécifiques: les MOYENS D'EXPERIMENTATIONS (ME). Leur développement fait partie des programmes de recherche et d'innovation. Leur optimisation, en terme de coût, qualité et délai, est également un vecteur de compétitivité. Dans le cadre de cette thèse, notre étude se limite au développement des Moyens d'Expérimentations nouveaux et Spécifiques (MES) dans les domaines de recherche émergents et de l'innovation technologique. Après une enquête réalisée auprès de 21 laboratoires de recherche et de R&D en France plus une analyse d'environ trente projets de développement des MES réalisés de 1997 à 2002, nous constatons que: Le manque d'outils méthodologiques adaptés au contexte de développement et aux caractères spécifiques des MES ne permet pas d'affronter les difficultés de conception, source d'une qualité insuffisante. Les MES développés ne sont pas optimaux en terme de coût, de performance et de délai. Des recherches bibliographiques sur les méthodes et outils de conception de produits suivis d'une analyse de leur pertinence dans le contexte du développement des MES nous a permis de valider cette problématique. Notre ambition est d'optimiser le développement des Moyens d'Expérimentations avec l'objectif d'améliorer et de fiabiliser les MES et de rendre leur développement plus rationnel. Nous proposons une démarche de conception adaptée aux moyens d'expérimentations spécifiques. Cette démarche permet de mieux prendre en compte les particularités des MES et leur niveau de complexité, de faciliter les échanges entre le chercheur et le concepteur, et ainsi de concevoir un MES "bon du premier coup". La démarche est construite en intégrant deux nouveaux outils méthodologiques. Ils s'intitulent: "l'ANalyse de l'EXpérimentation Orientée Fonctionnelle" (ANEXOF) et "l'Analyse de la Cohérence en CoûtPerformance" (ACCP). L'ANEXOF exploite le besoin du chercheur et définit le cahier des charges fonctionnel. Elle est basée sur l'analyse fonctionnelle, associée à la démarche expérimentale, elle fait le lien entre les connaissances scientifiques du chercheur, les connaissances en conception et les savoir-faire technologiques du concepteur. L'ACCP intervient à partir de la phase de conception préliminaire dont le but est l'optimisation de la solution choisie. En réduisant au strict nécessaire les performances globales et en équilibrant leurs performances locales de façon cohérente avec leurs coûts, on obtiendra la répartition optimale de l'investissement dans sa structure, par conséquent, le coût global du produit est optimal.

Les machines tournantes sont présentes dans bien de domaines de nos industries et de nos sociétés et jouent un rôle primordial dans le transport et l'énergie. Le contexte actuel d'épuisement de ressources fossiles et la demande continuellement en augmentation d'énergie, font du domaine de la production de l'énergie (qu'elle soit électrique, thermique, éolienne, hydraulique ou nucléaire) un secteur qui concentre une part importante de l'innovation et de l'investissement des institutions et des industriels. Les tendances actuelles concernent l'augmentation du rendement et de la fiabilité, la diminution des dimensions, des coûts d'exploitation et des impacts environnementaux. Les machines doivent donc opérer dans des conditions respectant les normes de sécurité, de sûreté, de confort et d'environnement. La maîtrise et l'optimisation de ces conditions ont constitué le fil conducteur des recherches menées. L'ensemble de cette recherche concerne le suivi du comportement, l'équilibrage et le contrôle actif des machines tournantes. Trois thèmes qui ont un point commun la définition et l'identification d'un modèle de la machine ensuite, connaissant les réponses identifier les perturbations et les forces extérieures. Ces recherches constituent la base vers le développement de machines avec une capacité de réagir, sans interventions extérieures, en présence d'une défaillance ou lors de passage des zones de vitesses critiques ou des zones d'instabilités, de modifier ses caractéristiques afin d'avoir toujours un comportement respectant les normes de sécurité, de sûreté, de confort et d'environnement. La base vers un développement d'une Eco machine tournante réactive: une Smart machine tournante. Les premières recherches traitent du suivi de comportement et du diagnostic des boites de transmission de puissance par engrenages. L'objectif est la mise en place d'une approche de maintenance préventive de machines tournantes en présence de défauts combinés d'engrenages et de roulements. L'approche scientifique est à la fois numérique et expérimentale. Dans les deux approches, les défauts critiques étudiés ont été choisis suite à une étude AMDEC (Analyse de Modes de Défaillance, de leurs Effets et leurs Criticités). Les approches pour réduire les nuisances et d'assurer la sécurité de fonctionnement se déclinent, selon les possibilités et les moyens d'intervention, en deux solutions; équilibrage et contrôle actif. En équilibrage les recherches permettront d'une part le développement de méthodes basées sur des modèles identifiés expérimentalement prenant en compte des non linéarités dues à la très grande flexibilité des structures étudiées ou à la dépendance de certaines caractéristiques aux fréquences; elles permettront d'autre part l'optimisation de la répartition des masses de correction à la fois en position et en valeur en considérant des perturbations stochastiques des mesures. Le thème contrôle actif des machines tournantes porte sur le développement et la mise en place de stratégies de contrôle permettant la modification du comportement dynamique des rotors en flexion, en régime transitoire, par l'utilisation d'actionneurs. Le contrôleur peut être dans le domaine physique ou modal avec une commande floue ou neuro-floue. Concernant la technologie d'actionneurs, des travaux ont déjà été réalisés en utilisant des actionneurs piézoélectriques. Le contrôle est efficace et robuste, le seul inconvénient concerne la liaison entre l'actionneur et la machine. Nos recherches actuelles portent sur la conception et le dimensionnement d'actionneurs électromagnétiques qui présentent l'avantage d'être sans contact et offrent la possibilité de contrôler à la fois l'arbre du rotor et un de ces composants (paliers hydrodynamiques). Les activités et thèmes de recherches sont présentés en trois chapitres sans prendre en compte l'aspect chronologique. Chaque chapitre présente la recherche déjà réalisée, celle en cours puis future. Un chapitre est consacré au projet de recherche concernant les études initiées dans un souci d'appliquer et d'adapter les acquis dans des contextes particuliers de complexité des nouvelles machines ou tout simplement la volonté de considérer les besoins environnementaux et le développement d'Eco- Machines Tournantes.

L'érosion interne est l'une des principales causes des instabilités d'ouvrages hydrauliques en terre (digue, levée, barrage ...). Les désordres constatés sur des ouvrages récents soulignent la nécessité d'une meilleure compréhension et quantification des phénomènes qui régissent l'érosion interne. L'entraînement et le transport de grains par les écoulements internes affectent la distribution granulométrique, modifient la porosité ainsi que les caractéristiques mécaniques et hydrauliques. L'actuelle méconnaissance de ces phénomènes dans les sols sablo-argileux, très fréquents dans les ouvrages, nous a conduit à privilégier l'étude du comportement de ces milieux. <br />Une étude préliminaire de visualisation et de quantification de l'influence de quatre paramètres (poids volumique, gradient hydraulique, pourcentage d'argile et ouverture des pores du filtre) nous a permis d'une part de valider leur choix et d'autre part de définir un protocole et un prototype expérimentaux adaptés. Le banc expérimental ainsi réalisé, permet de consolider et de confiner les échantillons en évitant tout écoulement parasite. <br />Les échantillons sont soumis à un écoulement descendant sous gradient hydraulique constant. L'acquisition des données est automatisée afin de suivre continûment le débit d'eau injecté, les variations volumiques des échantillons, la masse et la concentration d'argile de l'effluent. Après validation de l'expérimentation par reproduction puis confrontation avec une étude présente dans la littérature, nous réalisons des essais paramétriques. Ces expérimentations mettent en évidence l'existence d'un seuil de gradient hydraulique pour la suffusion d'une fraction de l'argile, qui s'accroît avec le pourcentage d'argile et la pression de confinement. <br />Nous constatons l'existence d'un second seuil au delà duquel la migration d'argile s'accompagne de l'érosion régressive de sable, ce qui induit un renard et finalement l'effondrement de l'échantillon. Ce seuil augmente avec le pourcentage d'argile mais décroît avec la pression de confinement. L'influence des caractéristiques du sable sur le renard est également mise en évidence.<br />Nous proposons une première modélisation numérique 1D de la suffusion qui permet de représenter l'évolution de la concentration en argile de l'effluent et de la masse érodée. <br />Ce travail permet également d'ouvrir d'intéressantes perspectives de recherche théorique ou expérimentale.

Le marché dans lequel évoluent les bourses est devenu extrêmement concurrentiel, ce qui se traduit notamment par de nombreux mouvements de rapprochement ou de fusion. Dans ce contexte, les bourses cherchent à tout moment à améliorer la qualité du système de marché qu'elles proposent à leurs clients. La microstructure des marchés est le domaine de la finance qui étudie le lien entre organisation et qualité des marchés, et deux problématiques précises de microstructure sont traitées dans cette thèse. En matière d'asymétrie d'information, nous comparons différents modèles de décomposition de la fourchette de prix appliqués à un marché dirigé par les ordres, et proposons une recommandation quant aux modèles susceptibles de fournir les meilleurs résultats. En matière de transparence des marchés, nous commençons par fournir une revue détaillée de la littérature, avant d'analyser la question de l'anonymat pré-transactionnel selon deux méthodes : une analyse empirique du passage à l'anonymat sur Euronext Paris en avril 2001, et une étude expérimentale. Nos résultats concluent à une absence d'effet de l'anonymat sur l'asymétrie d'information, l'efficience et la liquidité, ce qui contredit d'autres résultats de la littérature. Notre analyse empirique émet aussi l'hypothèse de l'existence d'un facteur de liquidité globale, dont la prise en compte est sans doute fondamentale dans les études portant sur l'évolution de la liquidité sur les marchés./The market for financial markets has become increasingly competitive, and this leads to strategic moves such as mergers or acquisitions. In this context, stock exchanges struggle to offer the best quality system to their customers. The link between the organization of markets and their quality is one of the central themes of the research area called market microstructure. This dissertation focuses on two key aspects of microstructure research. In terms of information asymmetry, we compare the results provided by several spread decomposition models that are applied to order-driven markets, and we make a recommendation on the models that provide the best estimates. On the issue of transparency, we first review the literature and then provide two analyses of the impact of pre-trade anonymity: (i) we empirically study how the switch to anonymity in Paris in April 2001 affected market quality, and (ii) we use the experimental method to assess the consequences of disclosing the ID codes of traders in an electronic order book. Our results point to the absence of an effect due to anonymity, which is at odds with existing results in the literature. Our empirical analysis also highlights the possible existence of a “global liquidity factor”, that should ideally be taken into account when studying the evolution of liquidity on financial markets.

Bien que les environnements informatiques pour l'apprentissage humain (EIAH) aient apporté une amélioration à la qualité de l'apprentissage, des recherches restent à mener pour bien comprendre et interagir avec l'apprenant. Dans notre recherche, nous avons tenté d'extraire des règles comportementales d'un agent artificiel pouvant offrir de l'aide à l'apprenant. Nous avons mis en place un environnement d'apprentissage d'un cours en sciences physiques sur l'effet photo-électrique vu sous l'angle quantique. Il s'agissait d'un apprentissage en sciences basé sur l'utilisation d'un simulateur et fondé sur l'expérimentation et le conflit cognitif. Les apprenants utilisaient des ordinateurs personnels dotés d'un oculomètre et de capteurs physiologiques et étaient connectés en réseau à un tuteur humain placé dans un local distant. Durant le déroulement du cours, les apprenants étaient soutenus par le tuteur humain avec qui ils pouvaient échanger des paroles ou des messages textuels pour surmonter les difficultés éprouvées et qui nuisaient à la qualité de l'apprentissage. Le tuteur humain était capable de déceler les faiblesses et de chercher des indices reflétant l'état de la compréhension des apprenants et intervenait pour aider et soutenir, malgré son éloignement et l'impossibilité de voir les gestes ou expressions faciales de l'apprenant. Tout au long des expérimentations, nous avons recueilli des informations oculométriques, physiologiques, des mouvements et actions de la souris et sur les variations des variables du simulateur. Nous avons également enregistré une vidéo de l'apprenant et du dialogue avec le tuteur. Nous disposions de données qui n'étaient pas à la portée du tuteur humain. Dans nos analyses de ces données non verbales et des traces d'utilisation, nous avons essayé de trouver des indicateurs pouvant être associés aux interventions du tuteur humain. Ces indicateurs ont servi à l'élaboration de règles pouvant être utilisées par un agent tuteur artificiel lui permettant d'identifier le comportement de l'apprenant et d'agir de la même façon qu'un tuteur humain pour le soutien à l'apprentissage. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Environnements informatiques pour l'apprentissage humain, Cyberapprentissage, Simulation informatique, Expérimentation assistée par ordinateur, Soutien à l'apprenant, Systèmes tutoriels intelligents, Apprentissage constructiviste, Modèle de l'apprenant, Suivi oculaire, Réponse psycho-galvanique.

Aujourd'hui, la pompe à chaleur (PAC) est largement utilisée pour les applications de chauffage du bâtiment en raison de ses bonnes performances énergétiques. Elle est même considérée comme une source d'énergie renouvelable et, selon la Directive Européenne 2009/28/CE, la part "renouvelable" de l'énergie produite doit être calculée à partir de la performance annuelle. Il est donc important d'être à même de mesurer cette dernière. Or, il n'existe pas, pour les PAC air/air, de méthode fiable et simple permettant de mesurer la performance chez le client pendant une saison.Dans ce contexte, la thèse propose deux méthodes in situ qui répondent à ce besoin. La première est basée sur des mesures non-intrusives des propriétés du fluide frigorigène. Elle utilise le bilan énergétique du compresseur pour déterminer le débit du fluide. La deuxième, fondée sur les mesures côté air, utilise un ensemble de capteurs à fil chaud afin de mesurer le débit et les températures d'air.La thèse développe également une méthode de mesure intrusive du fluide frigorigène, qui n'est pas adaptée aux conditions in situ mais sert de référence pour valider les deux méthodes in situ. Les résultats expérimentaux montrent que la méthode de référence est précise non seulement en conditions stabilisées mais également en fonctionnement dynamique (y compris lors des dégivrages).La validation des deux méthodes in situ a été réalisée par une campagne d'essais spécifique en laboratoire. Une suite intéressante de la thèse consistera à intégrer la méthode non intrusive côté frigorigène directement dans l'équipement de mesure et d'affichage de la PAC.

La culture de sécurité s'impose à l'agenda des entreprises. Cette notion n'est pas nouvelle puisque le terme est apparu dès la fin des années 80 suite à l'accident de Tchernobyl. L'existence d'une culture de sûreté défaillante a été la principale cause expliquant la catastrophe.L'usage du terme s'est très largement répandu et les définitions sont nombreuses. En croisant différents travaux, trois grands facteurs explicatifs se révèlent prédominants dans la culture de sécurité : les facteurs " organisationnel ", " comportemental " et " psychologique ".L'objectif de ce travail de thèse est de concevoir un " système " de modèles permettant de décrire et d'évaluer sur le terrain chacun des trois facteurs. Pour ce faire, des " raccourcis " (ou " réductions " théorique et méthodologique), qui seront discutées et justifiées, ont été explorés.Ainsi, le facteur " organisationnel " est traduit selon le processus de l'analyse des conformités légales (le rapport au prescrit). ". Le facteur " comportemental " quant à lui assimilé au processus de maîtrise des risques (le rapport au réel). Enfin, le facteur " psychologique " est directement relié au processus d'évaluation du " climat de sécurité ".Chaque processus a fait l'objet d'un effort de modélisation. Chacun des modèles a permis de repérer des variables descriptives et explicatives. Certaines ont été reliées dans le but de traduire la relation entre les trois facteurs.Le " système " de modèles ainsi constitué a fait l'objet d'une expérimentation à grande échelle conduite en partenariat avec une entreprise française de rang mondial. Deux sites ont été impliqués. La thèse détaille le cadre théorique et méthodologique. Elle présente la démarche de modélisation mise en œuvre et discute amplement des résultats de l'expérimentation. Elle propose enfin des pistes de généralisation du dispositif constitué.

Les travaux décrits dans cette thèse concernent l'applicabilité d'une combinaison de modalités pour l'interaction avec les objets 3D d'un environnement virtuel afin de leur appliquer des repositionnements géométriques. L'approche « top-down » adoptée s'inspire des modalités observables au sein des expressions de commande d'utilisateurs au cours d'activités «d'inspection de prototype » du domaine de la conception vestimentaire. A partir d'un ensemble sélectionné de tâches, l'examen de combinaisons tâches vs modalités d'entrée permet d'établir des scénarios d'expressions de commande homogènes. La définition de profils de dispositifs conduit ensuite à la construction d'un système interactif sur lequel tester ces affectations de modalités avec des utilisateurs lors d'une expérience de type « Magicien d'Oz ». L'étude de la variabilité d'expression permet alors de poser les bases d'une grammaire d'interaction. Les résultats obtenus semblent confirmer la pertinence de ce style d'interaction.

Les besoins en puissance de calcul ne cessent d'augmenter. Pour répondre à ces besoins, de nouvelles architectures sont apparues. Les grilles et grappes de calcul, qui permettent d'agréger la puissance de plusieurs machines et les processeurs multi-cœurs qui permettent d'offrir plus de puissance sans nécessité d'augmenter la fréquence et la consommation énergétique du processeur. Cependant, l'étude de ces nouvelles architectures n'est pas aisée. Pour l'étude des grilles de calcul, nous disposons de plates-formes dédiées. Néanmoins, la conduite d'expérience sur ces plates-formes complexe est une tâche difficile à mettre en œuvre. Dans le cas des processeurs multi-cœurs, leur comportement est mal connu. Dans cette thèse nous proposons deux outils dédiés à l'étude des nouvelles architectures. Le premier, Expo, est un logiciel de conduite d'expérience sur grille dédiée à l'expérimentation. Expo permet d'automatiser en partie la conduite d'une expérience, tout en essayant de garantir son bon déroulement. Expo propose également un langage concis de description d'expérience adapté à la problématique des grilles. Le second outil, PaSTeL, est dédié à l'étude de l'adéquation entre un support exécutif et une architecture. Hautement paramétrable, il permet d'étudier les ultiples facettes d'une solution de parallélisation s'exécutant sur une architecture donnée. Les deux outils ont été validés au cours de leur développement, mais également lors d'une campagne expérimentale visant à étudier le comportement d'un moteur de vol de travail sur différentes architectures multi-cœurs.

Le changement climatique appartient à une nouvelle classe de problèmes environnementaux, pour laquelle nous ne savons pas concevoir de solutions. En effet, dans le cas de pollutions dites classiques, c'est-à-dire des pollutions ciblées et localisées, des solutions techniques sont supposées atteignables à un effort de recherche près. A l'inverse, lutter contre le changement climatique nécessite de repenser en profondeur l'organisation de nos sociétés modernes. Le pilotage de cette transition sociétale dite bas carbone nécessite de concevoir de nouveaux dispositifs institutionnels. Traditionnellement, les théories néo-institutionnelles, qui se sont penchées sur la question de l'innovation institutionnelle, se sont centrées sur la question de la diffusion de l'innovation et ne nous proposent pas d'outils satisfaisants pour instruire la conception de dispositifs institutionnels. Face aux limites de nos modèles de développement dont le changement climatique n'est qu'un des nombreux symptômes (crises financières répétées, chocs pétroliers, etc.) cette lacune théorique devient une question à traiter en urgence. Ce travail de thèse étudie les mécanismes de la "conception institutionnelle" à travers le cas très actuel des marchés du carbone. Nous avons construit deux notions pour analyser ces mécanismes : la notion de plateforme expérimentale et la notion de travail institutionnel de conception. Enfin, nous avons travaillé la notion de bricolage, et les conditions d'efficacité de cette activité de conception dans un contexte d'innovation institutionnelle.