L'optique adaptative (OA), qui permet de corriger en temps-réel les déformations du front d'onde induites par la turbulence atmosphérique, connaît une limitation fondamentale : l'anisoplanétisme. Pour y remédier, le concept d'OA grand champ (OAGC) a été proposé. La turbulence est mesurée dans plusieurs directions du champ de vue à l'aide d'étoiles guide naturelles et laser, et son impact corrigé sur les images par une commande basée sur une reconstruction tomographique. L'approche linéaire quadratique gaussienne (LQG) est bien adaptée à la conception de lois de commande en OAGC comme en OA classique. Elle permet d'estimer et de prédire la phase à l'aide d'un filtre de Kalman basé sur des a priori spatiaux et temporels. Les modèles d'état et commandes associées sont détaillés. On présente la première mise en oeuvre sur le ciel d'une commande LQG sur tous les modes, en OA classique et multi-objet, à l'aide du démonstrateur CANARY. Ces résultats sont obtenus avec identification du modèle de tip-tilt et filtrage des vibrations, ce qui constitue la première mise en oeuvre ciel de cette stratégie. Les a priori spatiaux de la phase en volume sont identifiés par la méthode LEARN. Des données issues du profilomètre stereoSCIDAR ont aussi été utilisées. Des comparaisons sont proposées avec une commande intégrateur en OA classique, avec un gain significatif en performances pour le LQG. Les comparaisons avec le reconstructeur statique APPLY (moindres carrés régularisés) en OA multi-objet mettent en évidence un gain du LQG dans certains cas (fort bruit en particulier). L'ensemble des résultats confirme la faisabilité et l'intérêt d'une commande LQG pour un instrument d'OA ou d'OAGC. / Adaptive Optics (AO), which enables to correct in real time wavefront deformation induced by atmospheric turbulence, faces a fundamental limitation: anisoplanatism. To counter it, the concept of Wide-Field AO (WFAO) has been proposed. Turbulence is measured in several directions of the field of view, using natural and laser guide stars, and its impact on images is mitigated by a control based on tomographic reconstruction. The Linear Quadratic Gaussian (LQG) approach is well-suited to AO control design in both WFAO and classical AO. LQG enables to estimate and predict the phase with a Kalman filter based on spatial and temporal priors. State-space models and associated controls are laid out. The first on-sky implementation of LQG control on all modes, in classical and multi-object AO, is presented on the CANARY pathfinder. These results have been obtained with identification of tip-tilt models and vibration filtering, which constitutes the first on-sky implementation of this strategy. Spatial priors on the phase in the volume are identified using the LEARN algorithm. Data from the stereoSCIDAR profilometer were also used. Comparisons are provided with integral AO control in standard AO, showing significant gain in performance with LQG. Comparisons with the static reconstructor APPLY (regularized least-squares) in multi-object AO show a gain in performance with LQG in some cases (especially in high-noise conditions). Results confirm feasibility and relevance of LQG control for AO or WFAO instruments.

Les commutations des interrupteurs dans les convertisseurs statiques sont à l’origine des principales perturbations faisant l’objet de la compatibilité électromagnétique (CEM). La réduction de ces perturbations se fait, entre autre, à l’aide de filtres CEM qui nécessitent l’utilisation de noyaux magnétiques. Ces noyaux doivent posséder des propriétés physiques adaptées pour assurer le bon fonctionnement du filtre CEM dans la gamme des hautes fréquences (HF), et ce, quel que soit les contraintes d’utilisation. Ainsi, dans ce travail, des méthodologies et des modèles sont développés afin de dimensionner le filtre CEM dans les conditions réelles de fonctionnement. Tout d’abord, le noyau magnétique est étudié pour de faibles signaux d’excitation en proposant une méthode de caractérisation de la perméabilité magnétique complexe en HF. Deux modèles, l’un analytique et l’autre en circuit équivalent, sont développés. Dans un second temps, le matériau est considéré saturable. C’est pourquoi, une approche non-linéaire est développée pour représenter le matériau, avec et sans hystérésis, tout en y incluant le comportement capacitif du matériau en HF. De plus, une méthode expérimentale, basée sur l’utilisation d’une spire plate, est proposée pour caractériser l’hystérésis magnétique.Enfin, une amélioration de la méthode d’injection de courant est proposée, notamment par l’utilisation de nouvelles sondes, pour caractériser l’impédance d’entrée d’un convertisseur. Cette impédance, combinée avec les modèles précédents de matériaux, sont utilisée pour déterminer la perte d’insertion d’un filtre CEM. Les résultats de simulations sont validés par la mesure expérimentale. / The switching semiconductor devices in static-converters are the main source of electromagnetic interference (EMI). Reduction of these emissions can be achieved by different techniques including the use of EMI filters which design requires the use of magnetic cores. These must have adequate physical properties allowing the EMI filter to fulfill its task within a specified frequency range whatever the operating conditions (saturation, temperature…). Therefore, in the present work, some methodologies and models are developed in order to be able to design the EMI filter within its real conditions of operation. First, the magnetic core is considered in small-signal conditions and a method is proposed to measure the complex magnetic permeability in high frequency (HF). Two models, analytical and lumped-circuit network, are developed to account for the HF characteristics. In a second step, the material is considered saturable as the EMI filter can be subjected to more important currents, leading to the modification of its main characteristics. Then, a non-linear modeling approach, with and without hysteresis effect, including a material capacitance is considered for modeling the magnetic core. Additionally, a technique is proposed to characterize in HF the magnetic hysteresis loop from a single turn flat coil configuration.Finally, an improved current injection method, with new designed current probes, is used to characterize the input impedance of a converter. The impedance, combined with the developed small-signal and high-signal material models, is used to predict the insertion loss of an EMI filter. Simulation results are validated by the experiment.

La décennie en cours a marqué l’arrivée irrésistible et irréversible des systèmes GNSS dans la société en le rendant accessibles à tous et indispensable à de nombreuses utilisateurs. L’amélioration des performances et de la fiabilité des systèmes GNSS est parmi les facteurs qui concourent au développement exponentiel du champ des applications et de services GNSS. Cette amélioration repose sur l’utilisation des méthodes d’estimation de la géo-position qui assure un niveau d’intégrité très élevé. Pour cela, ces méthodes doivent intégrer une couche de surveillance d’intégrité bien élaborée. Dans ce travail, nous proposons des approches de contrôle et de surveillance d’intégrité d’une estimation d’une géo-position avec des mesures GNSS. Nous avons fait le choix de développer des approches basées sur un formalisme informationnel : filtre informationnel d’une part, et outils de la théorie de l’information d’autre part. Des résidus basés sur l’information mutuelle sont développés. Avec un seuillage adéquate, ces résidus permettent de détecter et d’exclure des mesures GNSS erronées. Dans ce contexte, d’autres idées ont été également mises à profit afin de robustifier les méthodes développées comme la projection des observations GNSS dans l’espace informationnel ainsi que des fonctions d’optimisation de la prédiction d’un filtre.Les méthodes proposées sont testées et validées avec des données réelles acquises avec un véhicule expérimental équipé de plusieurs systèmes GNSS ouverts. / The current decade has marked the irresistible and irreversible arrival of the GNSS systems in society by making it accessible and essential to many users. Improved performance and reliability of GNSS systems is among the factors that contribute to the exponential development of the field of GNSS applications and services. This improvement is based on the use of estimation methods of geo-positioning which ensures a very high level of integrity. For this, these methods must incorporate a layer of well-developed autonomous integrity monitoring. In this work, we propose approaches for autonomous integrity monitoring of position estimation using GNSS measurements. We have chosen to develop approaches based on an informational formalism: Informational filter on the one hand and tools of the information theory of the other. Residuals based on mutual information are developed. With an appropriate thresholding, these residuals can detect and exclude GNSS erroneous measurements. In this context, other ideas were also developed in order to robustify the developed methods as the projection of GNSS observations in the information space and the development of optimization function in order to ameliorate the prediction of a filter. The proposed methods are tested and validated with real data acquired with an experimental vehicle with several open GNSS systems.

La menace d’une pandémie mondiale (du type H1N1) amène nos sociétés à se protéger des microorganismes infectieux. Différentes solutions permettent de se protéger de ces microorganismes. En dehors de la vaccination et autres prophylaxies, il existe des moyens de protection individuelle ou collective qui consistent à filtrer l’air respiré pour en extraire les aérosols infectieux. L’objet de cette thèse a consisté à élaborer une structure textile filtrante pourvue de propriétés biocides. Dans un premier temps, le textile a été fonctionnalisé par la cyclodextrine, molécule cage connue pour ses propriétés complexantes vis-à-vis de molécules variées. Les paramètres de l’ennoblissement du textile par la cyclodextrine ont été optimisés afin de ne pas dégrader le support. Des tests biologiques ont mis en évidence une bonne cytocompatibilité du textile modifié. Les textiles ont ensuite été activés par imprégnation par des agents biocides. Des essais de cinétiques de libération ont montré que les biocides étaient solidement fixés sur le support. Des tests de microbiologie ont révélé leur bonne biodisponibilité par le biais d’une réduction remarquable de l’adhésion bactérienne. Enfin, l’étude a été complétée par des tests de filtration d’aérosols standards, qui ont montré que la modification des fibres ne perturbait pas les propriétés filtrantes du textile. Ainsi nous avons réussi conférer des propriétés anti-infectieuses à une structure textile sans détériorer ses performances de filtration. / The threat of a worldwide pandemic (like H1N1) leads occidental societies to develop protections against infectious microorganisms. Defenses against microorganisms can be organized around some solutions. Apart from vaccination or other prophylaxis, individual or collective protections consist in the filtration of the air in order to remove infectious particles. The aim of this thesis consisted of working out a textile structure capable of biocidal properties. First, textile has been functionalized by cyclodextrin. Cyclodextrins are host molecules which have the capability to make inclusions (or host–guest) complexes with a wide range of molecules. Parameters of the curing were improved in order to minimize the textile structure spoiling. Biological tests have proved the good cytocompatibility of the modified textile. Then textiles have been activated with biocidal molecules. Kinetics of release have shown that biocides were durably fixed on the textile and microbiological tests have demonstrated their bioavailability through a striking reduction of the bacterial adhesion. Finally, this study was completed by mechanical and filtration tests which have revealed that fibers modification did not disturb filtration properties of textile. Finally, we succeeded in offering biocidal properties to a textile structure without affecting its filtration performances.

Les travaux menés dans cette thèse portent sur le dématriçage d'images intégré dans une caméra couleur mono capteur. Ce type de caméra acquiert une seule composante couleur en chaque pixel grâce à un filtre CFA (Colour Filter Array) spectralement sélectif. La procédure dite de dématriçage consiste à estimer les deux composantes couleur manquantes en chaque pixel pour obtenir une image couleur. Nous proposons donc de déterminer, parmi les méthodes de dématriçage, celles qui fournissent des images couleur les mieux adaptées à l’analyse automatique des images. Dans un premier temps, nous présentons les principes de l’acquisition d’images numériques couleur par les caméras mono capteur. Après avoir expliqué l’influence de la structure du CFA sur la performance du dématriçage, nous focalisons nos études sur le dématriçage d’image issue du CFA de Bayer. Une formalisation mathématique du dématriçage de l’image CFA en image couleur est ensuite proposée avant de présenter les nombreuses méthodes de dématriçage parues dans la littérature ainsi que les post-traitements qui corrigent les couleurs estimées par dématriçage. Puis, nous nous intéressons aux critères d'évaluation de la qualité des images estimées par dématriçage. En premier lieu, nous décrivons les différents artefacts pouvant être générés par le dématriçage ainsi que la formation de ces artefacts, ce qui permet de bien cerner les limites atteintes par les critères classiques d’évaluation de la qualité des images estimées. Nous proposons alors deux mesures originales qui quantifient la présence de chaque type d'artéfacts (fausse couleur et effet de fermeture éclair). Enfin, nous présentons de nouveaux critères basés sur l’analyse de primitives extraites des images, en mesurant la qualité des contours qui y sont détectés. / Our work deals with the quality of colour images provided by a mono-CCD colour camera, which acquires only one colour component at each pixel by means of the CFA (Colour Filter Array) which covers the CCD sensor. A procedure - called demosaicing - is necessary to estimate the other two missing colour components at each pixel, so as to obtain a colour image in this kind of cameras. We aim to determine which method of demosaicing provides the results that are best adapted to colour image analyses for the reconstruction of scene. First, we present the principles on how the mono-CCD cameras acquire digital colour images, as well as the different arrangements of CFA used in such cameras. Once the influence of the CFA arrangement on the performance of demosaicing has been presented, we focus our studies on the demosaicing methods based on the Bayer CFA. A mathematical formalization for demosaicing is proposed before we present the numerous demosaicing methods in the literature, as well as the post-processing algorithms to correct the demosaiced images. We then investigate the evaluation criteria for the quality of the colour images estimated by demosaicing. First are described the different possible artefacts generated by demosaicing and the reasons for their generation, which allow us to point out the limits of the classical measures used to evaluate the estimated images. We then propose two original measures to quantify the presence of the two main artefacts, namely false colour and zipper effect. At last, we present new criteria based on the analysis of features extracted from colour images, by measuring the quality of edge detection in the estimated images.

Cette thèse porte sur les méthodes d'assimilation de données, qui consistent à combiner des informations provenant d'un modèle dynamique avec des observations. Nous présentons des méthodes d'assimilation les plus connues: l'interpolation statistique, les méthodes variationnelles d'assimilation de données et les méthodes séquentielles d'assimilation de données. Nous nous intéressons particulièrement au filtre de Kalman d'ensemble qui est de plus en plus utilisé dans les applications océanographiques. Le filtre de Kalman d'ensemble a été proposé initialement comme une approximation du filtre de Kalman pour les modèles linéaires gaussiens de grande dimension, il a ensuite été étendu au cas du modèle non linéaire gaussien. Il existe très peu de résultats théoriques sur les propriétés asymptotiques du filtre de Kalman d'ensemble, alors qu'il est connu que le filtre particulaire converge vers le filtre bayésien optimal quand le nombre de particules tend vers l'infini. Nous démontrons dans cette thèse que, quand le nombre d'éléments tend vers l'infini, dans le cas où la fonction du modèle dynamique est continue et localement lipschitzienne avec un accroissement au plus polynomial à l'infini, les éléments du filtre de Kalman d'ensemble convergent vers les éléments indépendants et identiquement distribués selon une loi qui diffère de la loi a posteriori du filtre bayésien optimal dans le cas général. Dans le cas du modèle linéaire gaussien, cette loi asymptotique n'est autre que la loi a posteriori du filtre de Kalman. Nous présentons aussi des résultats de simulations du filtre de Kalman d'ensemble et du filtre particulaire sur un modèle linéaire gaussien simple et sur le modèle de Lorenz afin de comparer la performance des deux filtres à l'asymptotique et aussi dans le cas où le nombre d'éléments d'ensemble est faible.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ce mémoire aborde la synthèse de filtres H∞ sur des domaines fréquentiels finis pour différentes classes de systèmes dynamiques, tels que les systèmes linéaires avec incertitudes paramétriques, les systèmes à retard, les systèmes non linéaires de type Takagi-Sugeno (TS) et les systèmes sous contraintes de communication. Les contributions portent sur le développement de nouveaux outils d'analyse et de synthèse de filtres H∞, qui sont moins restrictifs par rapport aux résultats existants dans la littérature et permettent de réduire le conservatisme de celles-ci tout en garantissant que les méthodes proposées soient numériquement efficaces. Les conditions de stabilité et de synthèse de filtres pour les différentes classes de systèmes dynamiques sont formulées en des problèmes d'optimisation convexe sous contraintes d'inégalités matricielles linéaires (LMIs). Des exemples numériques et des comparaisons avec des résultats récents de la littérature sont également présentés afin de montrer les avantages et l'intérêt des approches proposées / This work is concerned with the H∞ filtering problem in a finite frequency domain for different types of dynamic systems, such that uncertain systems, nonlinear systems via TS fuzzy model, time delay systems and systems with communication constraints. The main contribution is the development of new H∞ filter analysis and design approaches which reduce the conservatism of results found in the literature. The filter stability and design problems, for different classes of dynamic systems, are formulated as optimization problems with Linear Matrix Inequality (LMI). Simulation examples are presented to demonstrate the effectiveness and the less conservatism of the proposed approaches in comparison with other solutions that appear in the literature

L'explosion des besoins et des attentes des équipements de radio communication, à l'exemple de la téléphonie mobile, a entraîné un accroissement exponentiel de la complexité des circuits électriques qui les composent, surtout les fonctions à base de composants passifs (filtre, coupleurs, ...). La technologie planaire reste une technologie attrayante pour la réalisation de filtres, en terme de coût, de volume, ainsi que des possibilités d'intégration. Dans ce contexte, le développement de circuits planaires (lignes de propagation, filtre, ...) performants et peu encombrants est à l'heure actuelle un domaine d'activité d'un intérêt fondamental. Dans un premier temps nous présentons un panorama des différentes solutions technologiques pour la réalisation de circuits hyperfréquences et nous détaillons les techniques proposées pour réduire la taille des composants passifs hyperfréquences constituant les éléments de base des circuits hyperfréquences. Nous proposons ensuite une méthode de synthèse d'une ligne de propagation miniaturisée à l'aide de l'ajout périodique d'une capacité localisée (ligne à onde lente). Des abaques de synthèse été développés et permettent au concepteur de choisir les différents paramètres de ces lignes pour obtenir le meilleur compromis miniaturisation - performances. La troisième partie est consacrée à un nouveau type de ligne de propagation pour lesquelles la charge capacitive est cette fois répartie sur l'ensemble de la longueur de la ligne de propagation. Ceci est rendu possible grâce à la présence de doigts métalliques flottants sous la ligne est ensuite proposé. Cette topologie de ligne intégrée garantit à la fois une miniaturisation et de meilleures performances électriques. Enfin, nous démontrons l'intérêt d'utiliser ces lignes à « ondes lentes » pour réaliser des filtres passe bande miniatures (plus particulièrement de filtres passe bande basés sur des résonateurs DBR) depuis la mise en équation jusqu'à leurs mesures.

L'assimilation de données pour les géosciences est une discipline cherchant à améliorer notre connaissance d'un système physique en se basant sur l'information issue de modèles numériques simulant ce système et sur l'information issue des mesures observant ce système. Les méthodes d'assimilation de données traditionnellement utilisées (e.g. le 4DVar ou les filtres de Kalman d'ensemble) reposent sur des hypothèses de Gaussianité des probabilités en jeu et de linéarité des modèles. Avec la complexification des modèles et des réseaux d'observations, ces hypothèses sont de plus en plus injustifiées et donc pénalisantes. Cette complexification est particulièrement forte en océanographie couplée à la biogéochimie marine.Les objectifs de cette thèse sont de mieux comprendre l'apparition des non-Gaussianités dans un problème d'estimation, d'envisager une méthode d'assimilation de données adaptée aux problèmes fortement non-Gaussiens et, dans le cadre du couplage de la dynamique océanique et de la biogéochimie marine, d'explorer la pertinence de l'utilisation de méthodes non-Gaussiennes.Dans un premier temps, une étude méthodologique est conduite. Cette étude, appuyé par des illustrations avec le modèle de Lorenz à trois variables, permet de mettre en évidence les limitations des méthodes traditionnellement utilisées, face à des problèmes non-Gaussiens. Cette étude aboutit sur le développement d'un filtre d'assimilation de données d'ensemble entièrement non-Gaussien : le Multivariate Rank Histogram Filter (MRHF).Il est montré que le MRHF est performant dans des régimes fortement non-Gaussiens (notamment dans un régime bimodal) pour un nombre de membres relativement faible.Dans un second temps, une étude numérique est conduite. Cette étude est réalisée aux travers d'expériences jumelles basées sur un modèle vertical 1D, ModECOGeL, couplant la dynamique et la biogéochimie en mer Ligure. Nous simulons différents réseaux d'observations combinant des profils in situ et des données satellites. Plusieurs méthodes d'assimilation sont alors comparées à l'aide de diagnostics d'évaluation d'ensemble avancés.Nos expériences montrent l'impact du réseau d'observations et des variables de contrôle, sur le degré de non-Gaussianité d'un problème d'estimation. Le contrôle de la partie dynamique du modèle par des observations de la dynamique à différentes fréquences est un problème quasi-Gaussien, qu'un filtre aux moindres carrés, tel l'Ensemble Transform Kalman Filter, résout bien. En revanche pour ces mêmes observations, le contrôle de la biogéochimie s'avère être un problème non-Gaussien et nécessite l'utilisation d'un filtre non-Gaussien.Enfin, il est montré que l'assimilation de la couleur de l'eau, pour le contrôle mixte de la dynamique et de la biogéochimie, est améliorée par des méthodes adaptées aux non-Gaussianités, tel l'Ensemble Kalman Filter anamorphosé. De plus, l'augmentation de la fréquence d'observation de la couleur de l'eau rend incontournable l'utilisation de filtres fondamentalement non-Gaussiens comme le MRHF. / Data assimilation for Geosciences is a discipline seeking to improve our knowledge of a physical system based on the information from numerical models simulating this system and the information from the measures observing this system. The data assimilation methods traditionally used (eg the 4DVAR or the ensemble Kalman filters) are based on assumptions of Gaussianity of the probabilities involved and linearity of the models. With the increasing complexity of models and observation networks, these assumptions are increasingly unjustified and therefore penalizing. This complexity is particularly strong in oceanography coupled with marine biogeochemistry.The objectives of this thesis are to understand the appearance of non Gaussianity in an estimation problem, to think out a data assimilation method adapted to highly non Gaussian problems and, in the coupling of ocean dynamics and marine biogeochemistry, to explore the relevance of the use of non Gaussian methods.At first, a methodological study is conducted. This study, supported by illustrations with the three variable Lorenz model, allows to highlight the limitations of traditional methods when facing non Gaussian problems. This study led to the development of a fully non Gaussian data assimilation filter : the Multivariate Rank Histogram Filter (MRHF).It is shown that the MRHF is efficient in highly non Gaussian regimes (including in a bimodal regime) for a relatively small number of members.Secondly, a numerical study is conducted. This study is conducted with twin experiments based on a 1D vertical model, ModECOGeL, coupling dynamics and biogeochemistry in the Ligurian Sea. We simulate different observation networks combining in situ profiles and satellite data. Several data assimilation methods are then compared using advanced ensemble evaluation diagnoses.Our experiments show the impact of observation networks and controled variables on the degree of non Gaussianity in an estimation problem. The control of the dynamic part of the model by observations of the dynamics at different frequencies is a quasi Gaussian problem, which a least squared filter such as the Ensemble Transform Kalman Filter solves well. In contrast, for the same observations, the control of biogeochemistry proves to be a non Gaussian problem and requires the use of a non Gaussian filter. Finally, it is shown that assimilation of ocean color data, for the joint control of the dynamic and the biogeochemistry, is improved by methods adapted for non Gaussianities such as the Anamorphosed Ensemble Kalman Filter. In addition, increasing the ocean color observation frequency makes unavoidable the use of fundamentally non Gaussian filters such as the MRHF.