Les robots sont très largement utilisés dans l’industrie ; une de leurs limites actuelles est celle de la complexité́ des tâches que l'on souhaite les voir accomplir. Celles-là ne peuvent être réalisées sans un haut pouvoir d’adaptation, autrement dit aujourd’hui sans la performance et la plasticité́ de la cognition humaine. La cobotique est récemment apparue comme « le domaine » de la collaboration homme-robot. Elle s’affirme comme perspective pour aider l’homme, l’augmenter, dans la réalisation de tâches complexes pour l’Industrie du Futur.Pour délimiter notre objet d’étude, nous avons ainsi introduit le concept de « système cobotique ». Ce système comprend l’homme et le robot, qui interagissent et peuvent avoir différents rôles, pour réaliser une tâche commune. La conception des systèmes cobotiques doit évidemment prendre en compte les technologies émergentes, mais elle doit surtout intégrer l’homme, grâce à l’analyse de l’activité, à la formalisation des connaissances, et aux simulations participatives. Pour cela, à l’initiative de Safran Group, cette thèse d’ingénierie cognitique a été réalisée en binôme avec un roboticien également doctorant et membre du groupe industriel : David Bitonneau.Ensemble, nous avons proposé une approche interdisciplinaire de conception, appelée l’« ingénierie des systèmes cobotiques ». Cette approche méthodologique, validée à la fois par nos encadrants académiques et industriels, a été expérimentée afin de satisfaire un besoin industriel de la société Ariane Group : le nettoyage des cuves. Nous avons conduit ce projet, de l’analyse du besoin jusqu’à la réalisation d’un prototype qui a été évalué par les opérateurs. L’industrialisation du système est en cours de préparation au moment de la rédaction de cette thèse, avec des perspectives de déploiements sur plusieurs sites.Nous prévoyons que les systèmes cobotiques tels que nous les avons définis, conçus et étudiés, seront une des clés de la compétitivité de l’Industrie du Futur. Elle pourra s’appuyer sur leur flexibilité et leur connectivité à l’écosystème technologique des ateliers 4.0, tout en maintenant la place centrale de l’homme et en considérant celui-là comme acteur premier dans le système. / Nowadays, robots are increasingly used in industrial processes. However, there is an upper bound on the tasks' complexity that industrial robots can execute. Some of these hard tasks can only be completed with a high adaptation capacity: the plasticity of human cognition. Research in Human Robot Collaboration targets the Industry 4.0 where robots will help and augment humans to achieve increasingly complex tasks.In this research, we introduce the concept of “cobotic system”. Such a system considers humans and robots - with possibly different roles - as interacting elements sharing a common purpose of solving a task. Clearly, creation of cobotic systems has to take into account emerging technologies, but it also has to include humans through activity analysis, knowledge formalization, and participative simulations. To do so, under the leadership of Safran Group, this cognitive engineering thesis has been completed as a team with the roboticist David Bitonneau.Together, we proposed the “cobotic system engineering”: a cross-disciplinary approach of cobotic system design. This methodological approach was motivated by an industrial need from Airbus Group: the difficulty of tank cleaning. We tackled this project from needs analysis to the creation of a prototype evaluated by actual operators. Additionally, the industrialization of our work is in progress.We argue that thanks to their flexibility, their connectivity to modern workshops' technological ecosystem and their ability to take humans into account, cobotic systems will be one of the key parts composing the Industry 4.0.

La cobotique est un domaine émergeant qui offre de nouvelles perspectives pour améliorer la performance des entreprises et la santé des hommes au travail, en alliant l'expertise et les capacités cognitives des opérateurs aux atouts des robots. Dans cette thèse la cobotique est positionnée comme le domaine de la collaboration homme-robot. Nous définissons les systèmes cobotiques comme des systèmes au sein desquels l'homme et le robot interagissent pour réaliser une tâche commune.Cette thèse d'ingénierie robotique a été réalisée en binôme avec Théo Moulières-Seban, doctorant en cognitique. Ces deux thèses Cifre ont été menées avec Safran et ArianeGroup qui ont reconnu la cobotique comme stratégique pour le développement de leur compétitivité. Pour étudier et développer les systèmes cobotiques, nous avons proposé conjointement une approche méthodologique interdisciplinaire appliquée à l'industrie et validée par nos encadrants académiques. Cette approche offre une place centrale à l'intégration des futurs utilisateurs dans la conception, à travers l'analyse de leur activité de travail et la réalisation de simulations participatives. Nous avons déployé cette démarche pour répondre à différents besoins industriels concrets chez ArianeGroup.Dans cette thèse, nous détaillons la conception d'un système cobotique pour améliorer la santé et la sécurité des opérateurs sur le poste de nettoyage des cuves de propergol. Les opérations réalisées sur ce poste sont difficiles physiquement et présentent un risque pyrotechnique. Conjointement avec l'équipe projet ArianeGroup, nous avons proposé un système cobotique de type téléopération pour conserver l'expertise des opérateurs tout en les plaçant en sécurité pendant la réalisation des opérations pyrotechniques. Cette solution est en cours d'industrialisation dans la perspective de la production du propergol des fusées Ariane.L'application de notre démarche d'ingénierie des systèmes cobotiques sur une variété de postes de travail et de besoins industriels nous a permis de l'enrichir avec des outils opérationnels pour guider la conception. Nous prévoyons que la cobotique soit une des clés pour replacer l'homme au cœur des moyens de production dans le cadre de l'Usine du futur. Réciproquement, l'intégration des opérateurs dans les projets de conception sera déterminante pour assurer la performance et l'acceptation des futurs systèmes cobotiques. / Human Robot Collaboration provides new perspectives to improve companies' performance and operators' working conditions, by bringing together workers expertise and adaptation capacity with robots' power and precision. In this research, we introduce the concept of "cobotic system", in which humans and robots -- with possibly different roles -- interact, sharing a common purpose of solving a task.This robotic engineering PhD thesis has been completed as a team with the cognitive engineer Théo Moulières-Seban. Both PhD thesis were conducted under the leadership of Safran and ArianeGroup, which have recognized Human Robot Collaboration has strategic for their industrial performance. Together, we proposed the "cobotic system engineering": a cross-disciplinary approach for cobotic system design. This approach was applied to several industrial needs within ArianeGroup.In this thesis, we detail the design of a cobotic system to improve operators' health and safety on the "tank cleaning" workstation. We have proposed a teleoperation cobotic system to keep operators' expertise while placing them in a safe place to conduct operations. This solution is now under an industrialization phase for the production of Ariane launch vehicles.We argue that thanks to their flexibility, their connectivity to modern workshops' technological ecosystem and their ability to take humans into account, cobotic systems will be one of the key parts composing the Industry 4.0.