Les travaux décrits dans ce mémoire ont pour but de conduire à la réalisation de capteurs et de filtres à ondes élastiques de surface (SAW) innovants, passifs et sans fil, dédiés à une utilisation en environnement sévère. Différentes structures de composants SAW sont alors étudiées. Les caractéristiques générales, telles que les pertes d’insertion ou les bandes passantes relatives atteignables, des structures usuelles (résonateurs, lignes à retard, LCRF, filtres en échelle…) sont connues de l’homme de l’art. Cependant, pour concevoir un dispositif SAW qui respecte les critères d’un cahier des charges donné, il est impératif de définir le comportement spécifique de chaque dispositif avant son envoi en production.Pour ce faire, des modèles numériques sont développés, qui incluent à la fois la possibilité d’analyser le comportement de systèmes à la géométrie complexe (filtres en échelles, transducteurs apodisés) et qui prennent en compte la présence de phénomènes perturbateurs (modes transverses, pertes liées à la nature des matériaux). La comparaison entre les calculs numériques et les mesures a mis en avant l’adéquation des résultats expérimentaux et de calculs.La mise en place de ces outils permet le développement de capteurs et filtres SAW innovants grâce à une analyse numérique rapide et fiable de leur comportement.Ainsi, l’étude de résonateurs et capteurs dédiés à une utilisation à des températures excédant les 700°C est menée. Il est démontré qu’en dépit de son inhomogénéité, le Ba2TiSi2O8 est un matériau adapté à la réalisation de SAW soumis à des températures élevées pour des fréquences de l’ordre de 300 MHz jusqu’au GHz.Par ailleurs, une structure disposant d’un transducteur à trois doigts par longueur d’ondes est utilisée dans le but de réaliser des résonateurs insensibles aux effets de la directivité lorsque la température évolue. Cette même configuration a mis en exergue la possibilité de réaliser des capteurs n’utilisant qu’un seul résonateur (contre au moins deux jusqu’à présent). Ce dernier point permet de limiter l’encombrement des composants et résout la problématique du vieillissement différentiel des structures.Un second type de capteurs, passifs et sans fil, fondés sur l’utilisation d’un seul SAW et dédiés à la mesure d’hygrométrie, a été étudié. Dans cette nouvelle configuration, un SAW de type LCRF est utilisé comme transpondeur et la zone sensible est externalisée. La sensibilité des modes (de plus d’un MHz) à la variation d’un élément capacitif ou d’une antenne dipôle a été mise en avant numériquement. En pratique, la fabrication des dispositifs a montré une variation différentielle de plusieurs centaines de kHz des résonances selon la condition électrique appliquée à l’un des ports.Finalement, des filtres, dédiés aux applications stratégiques, agiles en fréquence sont réalisés. L’objectif de faire varier la fréquence centrale des dispositifs au cours de leur fonctionnement est atteinte en modifiant les conditions électriques appliquées aux réflecteurs. Deux types de tirage en fréquence sont observés : un glissement fin, de quelques ‰ de la fréquence centrale, cyclique, et un saut de fréquences lié au glissement et à l’ouverture de la bande de Bragg des miroirs aux hautes fréquences. La fabrication des structures et leur connexion à des interrupteurs MEMS validé la faisabilité de la structure.Ces travaux mettent en lumière les capacités de prédiction du comportement des structures SAW grâce au développement de logiciels dédiés. De plus, l’étude et la réalisation de filtres et capteurs innovants ouvre la voie à de nouvelles fonctionnalités. / This thesis aims at designing innovative, passive and wireless surface acoustic waves (SAW) sensors and filters, dedicated to harsh environments. Several types of SAW components are consequently studied. The main characteristics, such as insertion losses or relative bandwidth, of usual structures (resonators, delay lines, LCRF, ladder filters…) are known by men of the art. However, to design a SAW device that respects specific requirements, the definition of the proper behavior of each device must be established before the manufacturing.For this purpose, numerical models are developed. Not only they include the possibility to analyse he beha-vior of systems with complex geometry (ladder filters, apodised transducers) but they take into account disturbing phenomena (transverse modes, losses due to the intrinsic nature of the materials). The comparison between computations and measures points out the match between experimental results and calculations.The implementation of these tools allows the development of innovative SAW sensors and filters thanks to a fast and reliable numerical analysis of their behavior.Thus, the design of resonators and sensors dedicated to a use at temperatures exceeding 700°C is studied. It is demonstrated that despite its inhomogeneity, Ba2TiSi2O8 is suitable for the manufacturing of SAW devices subject to high temperatures and in a frequency range from 300 MHz to the GHz.Furthermore, a structure composed of a three electrodes per wavelength transducer is used to produce re-sonators that are not subject to directivity effects when the temperature changes. This configuration offers the possibility to design sensors that use a single resonator (versus at least two until now). This last point makes smaller components possible and solves the question of a differential aging of the structures.A second type of sensors, also passive and wireless, dedicated to humidity measurements, based on the use of a single SAW, is studied. In this new configuration, a LCRF is used as a transponder and the sensitive area is outsourced. The mode sensitivity (of more than a MHz) to the variation of a capacitance or a dipole antenna is numerically brought to light. In practice, the device manufacturing showed a differential variation of the resonances of about 600 kHz depending on the electric condition applied to one of the ports.Finally, filters, dedicated to strategic applications, with frequency agility are designed. The purpose is to make the frequency vary depending on the electrical conditions applied to the mirrors. Two kinds of agility are identified : a slight sliding, of a few ‰ of the initial central frequency, periodic, and a frequency jump due to the shift of the Bragg band to the high frequencies. The manufacturing of some structures and their connection to MEMS switches attest the feasibility of such a structure.This work highlights the ability to predict the behavior of SAW structures thanks to the development of dedicated software. Moreover, the analysis and the manufacturing of innovative sensors and filters pave the way to new functionalities.

Dans ce travail de thèse, nous proposons plusieurs algorithmespermettant d'estimer des paramètres évoluant sur des groupes de Lie. Cesalgorithmes s’inscrivent de manière générale dans un cadre bayésien, ce qui nouspermet d'établir une notion d'incertitude sur les paramètres estimés. Pour ce faire,nous utilisons une généralisation de la distribution normale multivariée aux groupesde Lie, appelée distribution normale concentrée sur groupe de Lie.Dans une première partie, nous nous intéressons au problème du filtrage de Kalmanà temps discret et continu-discret où l’état et les d’observations appartiennent à desgroupes de Lie. Cette étude nous conduit à la proposition de deux filtres ; le CD-LGEKFqui permet de résoudre un problème à temps continu-discret et le D-LG-EKF quipermet de résoudre un problème à temps discret.Dans une deuxième partie, nous nous inspirons du lien entre optimisation et filtragede Kalman, qui a conduit au développement du filtrage de Kalman étendu itéré surespace euclidien, en le transposant aux groupes de Lie. Nous montrons ainsicomment obtenir une généralisation du filtre de Kalman étendu itéré aux groupes deLie, appelée LG-IEKF, ainsi qu’une généralisation du lisseur de Rauch-Tung-Striebelaux groupes de Lie, appelée LG-RTS.Finalement, dans une dernière partie, les concepts et algorithmes d’estimation surgroupes de Lie proposés dans la thèse sont utilisés dans le but de fournir dessolutions au problème de la cartographie d'un environnement à partir d'une caméramonoculaire d'une part, et au problème de la localisation d'une caméra monoculairese déplaçant dans un environnement préalablement cartographié d'autre part. / In this thesis, we derive novel parameter estimation algorithmsdedicated to parameters evolving on Lie groups. These algorithms are casted in aBayesian formalism, which allows us to establish a notion of uncertainty for theestimated parameters. To do so, a generalization of the multivariate normaldistribution to Lie groups, called concentrated normal distribution on Lie groups, isemployed.In a first part, we generalize the Continuous-Discrete Extended Kalman Filter (CDEKF),as well as the Discrete Extended Kalman Filter (D-EKF), to the case where thestate and the observations evolve on Lie groups. We obtain two novel algorithmscalled Continuous-Discrete Extended Kalman Filter on Lie Groups (CD-LG-EKF) andDiscrete Extended Kalman Filter on Lie Groups (D-LG-EKF).In a second part, we focus on bridging the gap between the formulation of intrinsicnon linear least squares criteria and Kalman filtering/smoothing on Lie groups. Wepropose a generalization of the Euclidean Iterated Extended Kalman Filter (IEKF) toLie groups, called LG-IEKF. We also derive a generalization of the Rauch-Tung-Striebel smoother (RTS), also known as Extended Kalman Smoother, to Lie groups,called LG-RTS.Finally, the concepts and algorithms presented in the thesis are employed in a seriesof applications. Firstly, we propose a novel simultaneous localization and mappingapproach. Secondly we develop an indoor camera localization framework. For thislatter purpose, we derived a novel Rao-Blackwellized particle smoother on Liegroups, which builds upon the LG-IEKF and the LG-RTS.

Nos travaux portent sur l’étude d’une méthodologie de modélisation prédictive CEM en émission conduite pour une chaîne d’actionnement (CA). L’objectif ultime, lié à l’utilisation de ces modèles pour le dimensionnement de ce système, est basé sur une optimisation sous contraintes (conception sous contraintes). Au delà de l’application, nous cherchons à mettre en exergue les bénéfices d’une modélisation multi-niveaux dans la recherche d’un compromis entre la précision et la durée de simulation de ces modèles. Dès lors, le but sera d’obtenir un modèle prédictif pour les perturbations électromagnétiques (PEM) d’émission conduite provenant de la CA étudiée et de confronter les résultats de simulations aux résultats expérimentaux. Pour ce faire, le développement d’un premier modèle représentatif des différents phénomènes physiques intervenant dans le système est nécessaire de façon à simuler ces PEM. Dans le but d’améliorer la précision et la durée de simulation de ce premier modèle, nous nous sommes intéressés à l’application d’un algorithme de macromodélisation passive permettant d’obtenir un macromodèle précis et rapide à évaluer, ce qui permet d’en faire un prétendant idoine en vue d’une optimisation. Ensuite, dans le cadre d’une optimisation sous contraintes, nous avons proposé une illustration de l’utilisation du modèle CEM établi pour la CA étudiée. Cette optimisation par évolution différentielle se limitera au dimensionnement d’un filtre CEM, en faisant intervenir, à cette occasion, des contraintes reflétant la réduction des sources d’échauffement. / This phD dissertation is focused on the study of a methodology in order to predict the conducted electromagnetic interferences (EMI) arising from an actuating system (AS). The ultimate objective, linked to the use of these models for the sizing of this system, is based on an optimization under constraints (design under constraints).Beyond the application, we try to highlight the profits of multilevel modeling in looking for a tradeoff between the accuracy and the time cost of these models. Thereupon, the purpose will be to get a predictive model for the AS conducted EMI and to compare the simulation results to measurements.To that end, the development of a first representative model of the various physical phenomena occurring in the system is necessary so as to simulate the conducted EMI. In the purpose to improve the accuracy and the time cost of this first model, we were interested with care to a passive macromodeling algorithm allowing to obtain a fast and accurate macromodel to be estimated, what allows to make it an ideal pretender with the aim of an optimization.Then, within the framework of an optimization under constraints, we proposed an illustration of the use of the EMC model established for the studied AS. This optimization based on differential evolution will limit itself to the sizing of an EMI filter, by bringing in, on this occasion, constraints which reflect, in our case, thermal losses.

Ce travail concerne les développements nécessaires à la mise en oeuvre efficace de systèmes imageurs polarimétriques et comporte plusieurs volets allant de la théorie amont à l'utilisation d'algorithmes de traitement d'images spécifiques. Les principaux objectifs et les développements réalisés se rapportent à: - la représentation algébrique des formalismes de polarisation en utilisant les quaternions : toute matrice de Mueller non dépolarisante peut être mise sous forme d'un quaternion complexe et l'action d'un système optique sur une onde monochromatique s'écrit comme le produit géométrique du quaternion correspondant à la matrice de Mueller par le multivecteur représentant le vecteur de Stokes. Cette utilisation de l'algèbre géométrique permet de définir formellement la notion de distance, de similitude et d'appartenance à une classe. - l'optimisation des polarimètres imageurs et le calcul de l'erreur sur les mesures : la démarche, basée sur l'utilisation du produit de Kronecker, prend en compte de façon conjointe les erreurs sytématiques et le bruit d'image et leur minimisation est obtenue dès l'étape de conception. Plusieurs fonctions de mérites sont introduites pour permettre la définition des caractéristiques du polarimètre optimal. - l'estimation et le filtrage du bruit des images polarimétriques : deux méthodes sont envisagées i) une nouvelle variante de la méthode du « scatter plot » combinée avec une vectorisation de l'image par un parcours de type Piano-Hilbert, ii) la méthode du masquage de données qui repose sur l'utilisation de la différence entre deux approximations de l'opérateur Laplacien. Les performances et les biais des deux estimateurs choisis sont étudiés statistiquement par la méthode du « Bootstrap ». - la classification et la prévisualisation couleur des images codées en polarisation : on propose une représentation colorée des images codées en polarisation, comme une aide à leur interprétation en fonction de leur contenu physique, qui utilise la décomposition polaire pour le cas de l'imagerie de Mueller et repose sur deux mappages entre la sphère de Poincaré et un espace de couleur paramétrique dans le cas de l'imagerie de Stokes. Le processus de segmentation est basé sur la famille des algorithmes des K-moyennes. Cette démarche est illustrée sur des images de Stokes et de Mueller de tissus biologiques.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la modélisation et la commande des robots poly-articulés utilisés dans les applications d'imagerie médicale. Ces travaux ont porté sur deux aspects complémentaires, d'une part, la méthodologie de modélisation des robots positionneurs dans les applications d'imagerie médicale. D'autre part, les méthodologies de contrôle de mouvements et de réduction des vibrations. Les concepts développés dans ce travail sont présentés selon une approche « Bottom-up » visant à étudier le cas mono-axe afin de mieux définir la problématique identifiée et de comprendre l'impact des solutions. Ensuite, l'étude portera sur l'extension des concepts retenus dans le cadre de la commande multiaxe du robot. Dans la phase de modélisation, une démarche formalisée en vue d'obtenir les modèles des robots (de connaissances, d'analyse et de commande) est exposée. Aussi, ce travail vise à démontrer, via une étude comparative, le potentiel d'application de plusieurs approches de modélisation et de commande dans ce cadre précis. En complément au travail de modélisation, un outil d'aide à la modélisation a été mise en place. Les modèles établis ont permis d'étudier différentes stratégies de commande, l'étude a porté sur l'élaboration de trois actions de commande, à savoir, la génération de trajectoire du système, le calcul du couple d'anticipation, et le calcul du correcteur qui permet de garantir la poursuite de la trajectoire. Enfin, une part importante de ce travail a été consacrée à la validation expérimentale des modèles établis et aux essais des lois de commandes retenues sur les robots d'imagerie médicale.

Le filtrage de spin est un phénomène physique qui permet de générer des courants d'électrons polarisés en spin grâce au transport sélectif à travers une barrière tunnel magnétique. Dans cette thèse, nous présentons une étude du matériau ferrite de cobalt (CoFe2O4), dont le caractère isolant et la température de Curie élevée en font un très bon candidat pour le filtrage de spin à température ambiante. L'élaboration des couches minces de CoFe2O4 a été réalisée par épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma d'oxygène. Les propriétés structurales, chimiques et magnétiques ont été étudiées par plusieurs méthodes de caractérisation in situ et ex situ. Des jonctions tunnel à base de CoFe2O4 ont été préparées pour des mesures de transport tunnel polarisé en spin, soit par la méthode de Meservey-Tedrow, soit par des mesures de magnétorésistance tunnel (TMR). Dans ce dernier cas, nous avons porté une attention particulière au retournement magnétique de la barrière tunnel de CoFe2O4 et de la contre électrode magnétique (Co ou Fe3O4), une étape cruciale avant toute mesure de TMR. Dans les deux cas, les mesures de transport tunnel polarisé en spin ont révélé des polarisations significatives du courant tunnel à basse température, et à température ambiante pour les mesures de TMR. Par ailleurs, nous avons trouvé une dépendance unique entre la TMR et la tension appliquée qui reproduit celle prédite théoriquement pour les barrières tunnel magnétiques. Nous démontrons ainsi que les barrières tunnel de CoFe2O4 constituent un système modèle pour étudier le filtrage de spin dans une large gamme de températures.

Au cours de cette thèse, nous avons abordé la problématique du suivi du mouvement humain. Nous proposons d'utiliser plusieurs caméras vidéos, permettant de s'affranchir de contraintes sur l'environnement de capture ainsi que de la pose de marqueurs sur l'acteur, au contraire des systèmes courament utilisés. Cela complexifie la recherche d'une information pertinente dans les images mais aussi la corrélation de cette information entre les différentes images ainsi que l'interprétation de cette information en terme de mouvements articulaires du corps humain. Nous nous intéressons à une approche utilisant les contours occultants du corps et étudions le lien entre le mouvement articulaire du corps et le mouvement apparent des contours dans les images. La minimisation de l'erreur entre les contours extraits des images et la projection du modèle nous permet d'estimer le mouvement de l'acteur. Nous montrons que l'utilisation d'images video permet entre autres de produire des informations complémentaires telles que les contacts entre les parties du corps de l'acteur. Ces informations sont importantes pour la ré-utilisation des mouvements en animation 3D.

Dans le domaine de l'électronique de puissance, afin d'améliorer l'efficacité du fonctionnement des associations convertisseurs-machines, les semi-conducteurs utilisés fonctionnent à des fréquences de plus en plus élevées, ceci engendre des perturbations électromagnétiques très contraignantes.Durant cette étude, nous nous intéressons particulièrement aux perturbations conduites de mode commun (MC) qui est le mode le plus pénalisant dans ce genre de système. Ces perturbations vont d'une part dégrader les roulements du moteur et d'autre part se propager vers l'alimentation et engendrer des perturbations rayonnées qui peuvent créer des dysfonctionnements dans les appareils environnants, notamment les systèmes électroniques bas niveau. Ces perturbations, qui font partie des problèmes de compatibilité électromagnétique (CEM), attirent de plus en plus l'attention des industriels, notamment dans le domaine aéronautique qui s'oriente vers une génération d'avions « plus électriques ». Pour assurer la sûreté de fonctionnement, il convient de respecter des normes de CEM strictes (ex. DO-160D en aéronautique). La modélisation du système constitue le point de départ de ce travail. L'approche choisie, dite « quadripolaire », est basée sur des mesures spécifiques de la tension de MC générée par l'onduleur, et des impédances équivalentes de MC de chaque constituant du système qui est représenté par un quadripôle associé à une matrice d'impédance [Z]. Ce modèle simple, efficace et surtout versatile nous permet d'estimer ou de calculer directement dans le domaine fréquentiel les courants et les tensions de MC aux différents points du circuit. La confrontation aux résultats expérimentaux montre la validité du modèle sur une large gamme de fréquences. Ce modèle est ensuite exploité à des fins d'études de sensibilité et de dimensionnement de solutions de réduction des perturbations conduites de MC. Enfin, un modèle, tenant compte du courant circulant dans le plan de masse, propose une modélisation proche d'un système d'entraînement réel installé en secteur industriel ou à bord d'un avion.

Dans un moteur thermique, les explosions dans les différents cylindres engendrent un couple moteur entaché de composantes harmoniques communément désignées par le terme d'acyclismes. A faible régime, la propagation de ces composantes à travers la chaîne cinématique du véhicule (embrayage, boîte de vitesse, transmission), peut être à l'origine de nombreuses nuisances vibro-acoustiques. Pour limiter ces nuisances, un filtrage de ces composantes est envisagé en utilisant le système d'embrayage, par la maîtrise du glissement relatif des disques le constituant : c'est le glissement piloté. Afin de commander le système d'embrayage en conséquence, il est important d'en définir un modèle de comportement précis, s'appuyant sur la description des phénomènes de frottement. Les caractéristiques des principaux modèles de frottement issus de la littérature, ainsi que les méthodes d'identification de leurs paramètres et les conditions d'essais associés, ont ainsi été étudiées. L'élaboration d'un banc autorisant la caractérisation de matériaux de friction, a ensuite été développée. Les essais expérimentaux réalisés à partir de celui-ci, ont alors permis de recaler les modèles de frottement retenus, sur le comportement particulier des disques d'embrayage utilisés sur véhicules. Enfin, sur la base du modèle d'embrayage ainsi obtenu, une structure de commande simple a été synthétisée selon une approche en plusieurs étapes : détermination de la structure générale adaptée au problème, réglage du correcteur, analyse des propriétés de robustesse du système bouclé, et retouche des réglages. Les performances de la solution de pilotage proposée sont enfin validées sur un modèle de simulation, puis sur véhicule.

Ce travail de thèse se cadre autour de la thématique d'identification / égalisation aveugle (autodidacte) de canaux de transmission, dont l'atout majeur est, incontestablement, la suppression de la séquence d'apprentissage. Néanmoins, une telle démarche présente certains inconvénients, par rapport à un traitement classique (avec séquence d'apprentissage) du problème, à savoir, un niveau de performance plus faible, un coût de calcul plus élevé et une sensibilité plus importante aux incertitudes sur certains paramètres, tel l'ordre du canal. Ce qui joue en défaveur d'une large application des schémas d'identification / égalisation aveugle dans la pratique. Tenant compte de cette problématique et afin d'améliorer les performances des systèmes d'identification / égalisation aveugle et de palier à leurs carences, cette étude vient, dans un premier temps, résumer, clarifier et évaluer un certain nombre de travaux déjà existants, et dans un deuxième temps, proposer deux nouvelles approches adaptatives et rapides d'égalisation du type erreur quadratique moyenne minimale (MMSE: Minimum Mean Square Error), aveugle du second ordre, pour des systèmes multicanaux à réponse impulsionnelle finie. La première approche, destinée à des systèmes à entrées multiples sorties multiples (MIMO: Multiple Input Multiple Output), est robuste aux erreurs de surestimation de l'ordre du canal. Tandis que la deuxième approche, destinée à des systèmes à une entrée plusieurs sorties (SIMO: Single Input Multiple Output), est totalement indépendante de l'ordre du canal.