Notre thèse s'inscrit dans le cadre de la mise en place d'un observatoire des pratiques agricoles dans le bassin versant de la Vesle. L'objectif de ce système d'information agri-environnemental est de comprendre les pratiques responsables de la pollution de la ressource en eau par les pesticides d'origine agricole sur le territoire étudié et de fournir des outils pertinents et pérennes pour estimer leurs impacts. Notre problématique concerne la prise en compte de l'imperfection dans le processus de la fusion de données multi-sources et imparfaites. En effet, l'information sur les pratiques n'est pas exhaustive et ne fait pas l'objet d'une déclaration, il nous faut donc construire cette connaissance par l'utilisation conjointe de sources multiples et de qualités diverses en intégrant dans le système d'information la gestion de l'information imparfaite. Dans ce contexte, nous proposons des méthodes pour une reconstruction spatialisée des informations liées aux pratiques agricoles à partir de la télédétection, du RPG, d'enquêtes terrain et de dires d'experts, reconstruction qualifiée par une évaluation de la qualité de l'information. Par ailleurs, nous proposons une modélisation conceptuelle des entités agronomiques imparfaites du système d'information en nous appuyant sur UML et PERCEPTORY. Nous proposons ainsi des modèles de représentation de l'information imparfaite issues des différentes sources d'information à l'aide soit des ensembles flous, soit de la théorie des fonctions de croyance et nous intégrons ces modèles dans le calcul d'indicateurs agri-environnementaux tels que l'IFT et le QSA. / Our thesis is part of a regional project aiming the development of a community environmental information system for agricultural practices in the watershed of the Vesle. The objective of this observatory is 1) to understand the practices of responsible of the water resource pollution by pesticides from agriculture in the study area and 2) to provide relevant and sustainable tools to estimate their impacts. Our open issue deals with the consideration of imperfection in the process of merging multiple sources and imperfect data. Indeed, information on practices is not exhaustive and is not subject to return, so we need to build this knowledge through the combination of multiple sources and of varying quality by integrating imperfect information management information in the system. In this context, we propose methods for spatial reconstruction of information related to agricultural practices from the RPG remote sensing, field surveys and expert opinions, skilled reconstruction with an assessment of the quality of the information. Furthermore, we propose a conceptual modeling of agronomic entities' imperfect information system building on UML and PERCEPTORY.We provide tools and models of representation of imperfect information from the various sources of information using fuzzy sets and the belief function theory and integrate these models into the computation of agri-environmental indicators such as TFI and ASQ.

Le nombre de Seniors de plus de 65 ans atteindra à l'horizon 2050, près de 22% de la population mondiale. Vieillir est une chance, mais cela entraîne chez de nombreuses personnes âgées une perte d'autonomie. Cette dépendance nécessite une aide, parfois permanente, de la famille, de personnels de santé voire dans certains cas une admission en institution. Malheureusement, celle-ci n'est et ne sera pas suffisante pour permettre à nos Seniors de finir leur vie dans le respect de la dignité humaine. Une aide technologique peut-être apportée par l'utilisation de systèmes de détections automatiques de situations critiques. Bien sûr, ils n'auront pas vocation de remplacer les aidants, mais au contraire de soulager leur intervention. Cette thèse a pour but de développer un dispositif intégré répondant à cette demande. Après une recherche approfondie des situations critiques des personnes âgées à leur domicile, un état de l'art des systèmes existants est réalisé. Ceci donne lieu à la conception d'un système multi capteurs de diagnostic et de classification de situations complexes. Ce dernier s'appuie sur différents capteurs non invasifs placés dans l'habitat et sur la personne. Les données collectées permettent par l'intermédiaire d'un algorithme de fusion, de classifier l'activité de la personne. Dans le cas de situations critiques, le système informe automatiquement les secours. Le dispositif développé a fait l'objet d'une validation par l'intermédiare de tests fonctionnels et d'expérimentations en laboratoire. / In 2050, the elderly population over 65-years-old, will represent about 20% of the world's population. Getting older is an opportunity, but unfortunately it also makes people dependent. This dependence requires help, sometimes permanent, from relatives, health professionals and in the worst case may cause a placement of the elderly in a nursing home. Unfortunately, this kind of help is not, and will not be, sufficient to allow every elderly person to live the rest of their life in the respect of human dignity. A potential technological support can be found with automatic detection systems which help detect critical situations. Of course, this kind of system will not replace human help, but only support them. The goal of this thesis is to develop an integrated systemwhich can meet these expectations. After a review of the critical situations of the elderly living independently at home, a bibliography of the existing systems of detection is done. This analysis will help to design a multi sensor analysis and classification system of critical situations detection. The latter is based on different kinds of non invasive sensors located in the homes of the elderly. Experimental data allows to classifying the activity of the elderly thanks to a data fusion algorithm. In case of a critical situation, the alarmsystem will automatically alert the emergency platform. This system was also tested thanks to functional and laboratory experiments.

La simulation fine de systèmes d'OA à grand champ de type MOAO ou LTAO pour l'ELT se heurte à deux problématiques: l'augmentation du nombre de degrés de liberté du système. Cette augmentation rend les codes de simulation classiques peu utilisables, en particulier en ce qui concerne les processus d'inversion et de calcul matriciel. La complexité des systèmes, combinant EGL et EGN, grands miroirs déformables couvrant tout le champs et des miroirs dédiés dans les instruments eux mêmes, des rotations différentielles de pupille et ou de champs. Cette complexité conduit aux développements de procédures nouvelles d'étalonnage, de filtrage et fusion de données, de commande distribuée ou globale. Ces procédures doivent être simulées finement, comparées et quantifiées en termes de performances, avant d'être implantées dans de futurs systèmes. Pour répondre à ces deux besoins, le LAM développe en collaboration avec l'ONERA un code de simulation complet, basé sur une approche de résolution itérative de systèmes linéaires à grand nombre de paramètres (matrices creuses). Sur cette base, il incorpore de nouveaux concepts de filtrage et de fusion de données pour gérer efficacement les modes de tip/tilt/defocus dans le processus complet de reconstruction tomographique. Il permettra aussi, de développer et tester des lois de commandes complexes ayant à gérer un la combinaison du télescope adaptatif et d'instrument post-focaux comportant eux aussi des miroirs déformables dédiés.La première application de cet outil se fait naturellement dans le cadre du projet EAGLE, un des instruments phares du futur E-ELT, qui, du point de vue de l'OA combinera l'ensemble de ces problématiques. / Refined simulation tools for wide field AO systems on ELTs present new challenges. Increasing the number of degrees of freedom makes the standard simulation's codes useless due to the huge number of operations to be performed at each step of the AO loop process. The classical matrix inversion and the VMM have to be replaced by a cleverer iterative resolution of the Least Square or Minimum Mean Square Error criterion. For this new generation of AO systems, concepts themselves will become more complex: data fusion coming from multiple LGS and NGS will have to be optimized, mirrors covering all the field of view associated to dedicated mirrors inside the scientific instrument itself will have to be coupled using split or integrated tomography schemes, differential pupil or/and field rotations will have to be considered.All these new entries should be carefully simulated, analysed and quantified in terms of performance before any implementation in AO systems. For those reasons i developed, in collaboration with the ONERA, a full simulation code, based on iterative solution of linear systems with many parameters (sparse matrices). On this basis, I introduced new concepts of filtering and data fusion to effectively manage modes such as tip, tilt and defoc in the entire process of tomographic reconstruction. The code will also eventually help to develop and test complex control laws who have to manage a combination of adaptive telescope and post-focal instrument including dedicated DM.

Les méthodes de contrôle non destructif (CND) sont essentielles pour estimer les propriétés du béton (mécaniques ou physiques) et leur variabilité spatiale. Elles constituent également un outil pertinent pour réduire le budget d'auscultation d'un ouvrage d'art. La démarche proposée est incluse dans un projet ANR (EvaDéOS) dont l'objectif est d'optimiser le suivi des ouvrages de génie civil en mettant en œuvre une maintenance préventive afin de réduire les coûts. Dans le cas du travail de thèse réalisé, pour caractériser au mieux une propriété particulière du béton (ex : résistance mécanique, porosité, degré de Saturation, etc.), avec des méthodes ND sensibles aux mêmes propriétés, il est impératif de développer des outils objectifs permettant de rationaliser une campagne d'essais sur les ouvrages en béton armé. Dans ce but, premièrement, il est proposé un outil d'échantillonnage spatial optimal pour réduire le nombre de points d'auscultation. L'algorithme le plus couramment employé est le recuit simulé spatial (RSS). Cette procédure est régulièrement utilisée dans des applications géostatistiques, et dans d'autres domaines, mais elle est pour l'instant quasiment inexploitée pour des structures de génie civil. Dans le travail de thèse, une optimisation de la méthode d'optimisation de l'échantillonnage spatial (MOES) originale inspirée du RSS et fondée sur la corrélation spatiale a été développée et testée dans le cas d'essais sur site avec deux fonctions objectifs complémentaires : l'erreur de prédiction moyenne et l'erreur sur l'estimation de la variabilité. Cette méthode est décomposée en trois parties. Tout d'abord, la corrélation spatiale des mesures ND est modélisée par un variogramme. Ensuite, la relation entre le nombre de mesures organisées dans une grille régulière et la fonction objectif est déterminée en utilisant une méthode d'interpolation spatiale appelée krigeage. Enfin, on utilise l'algorithme MOES pour minimiser la fonction objectif en changeant les positions d'un nombre réduit de mesures ND et pour obtenir à la fin une grille irrégulière optimale. Des essais destructifs (ED) sont nécessaires pour corroborer les informations obtenues par les mesures ND. En raison du coût ainsi que des dégâts possibles sur la structure, un plan d'échantillonnage optimal afin de prélever un nombre limité de carottes est important. Pour ce faire, une procédure utilisant la fusion des données fondée sur la théorie des possibilités et développée antérieurement, permet d'estimer les propriétés du béton à partir des ND. Par le biais d'un recalage nécessitant des ED réalisés sur carottes, elle est étalonnée. En sachant qu'il y a une incertitude sur le résultat des ED réalisés sur les carottes, il est proposé de prendre en compte cette incertitude et de la propager au travers du recalage sur les résultats des données fusionnées. En propageant ces incertitudes, on obtient des valeurs fusionnées moyennes par point avec un écart-type. On peut donc proposer une méthodologie de positionnement et de minimisation du nombre des carottes nécessaire pour ausculter une structure par deux méthodes : la première, en utilisant le MOES pour les résultats des propriétés sortis de la fusion dans chaque point de mesure et la seconde par la minimisation de l'écart-type moyen sur la totalité des points fusionnés, obtenu après la propagation des incertitudes des ED. Pour finir, afin de proposer une alternative à la théorie des possibilités, les réseaux de neurones sont également testés comme méthodes alternatives pour leur pertinence et leur simplicité d'utilisation. / Non-destructive testing methods (NDT) are essential for estimating concrete properties (mechanical or physical) and their spatial variability. They also constitute an useful tool to reduce the budget auscultation of a structure. The proposed approach is included in an ANR project (EvaDéOS) whose objective is to optimize the monitoring of civil engineering structures by implementing preventive maintenance to reduce diagnosis costs. In this thesis, the objective was to characterize at best a peculiar property of concrete (e.g. mechanical strength, porosity, degree of saturation, etc.), with technical ND sensitive to the same properties. For this aim, it is imperative to develop objective tools that allow to rationalize a test campaign on reinforced concrete structures. For this purpose, first, it is proposed an optimal spatial sampling tool to reduce the number of auscultation points. The most commonly used algorithm is the spatial simulated annealing (SSA). This procedure is regularly used in geostatistical applications, and in other areas, but yet almost unexploited for civil engineering structures. In the thesis work, an original optimizing spatial sampling method (OSSM) inspired in the SSA and based on the spatial correlation was developed and tested in the case of on-site auscultation with two complementary fitness functions: mean prediction error and the error on the estimation of the global variability. This method is divided into three parts. First, the spatial correlation of ND measurements is modeled by a variogram. Then, the relationship between the number of measurements organized in a regular grid and the objective function is determined using a spatial interpolation method called kriging. Finally, the OSSM algorithm is used to minimize the objective function by changing the positions of a smaller number of ND measurements and for obtaining at the end an optimal irregular grid. Destructive testing (DT) are needed to corroborate the information obtained by the ND measurements. Because of the cost and possible damage to the structure, an optimal sampling plan to collect a limited number of cores is important. For this aim, a procedure using data fusion based on the theory of possibilities and previously developed is used to estimate the properties of concrete from the ND. Through a readjustment bias requiring DTs performed on carrots, it is calibrated. Knowing that there is uncertainty about the results of DTs performed on carrots, it is proposed to take into account this uncertainty and propagate it through the calibration on the results of the fused data. By propagating this uncertainty, it is obtained mean fused values with a standard deviation. One can thus provide a methodology for positioning and minimizing the number of cores required to auscultate a structure by two methods: first, using the OSSM for the results of fused properties values in each measuring point and the second by the minimization of the average standard deviation over all of the fused points obtained after the propagation of DTs uncertainties. Finally, in order to propose an alternative to the possibility theory, neural networks are also tested as alternative methods for their relevance and usability.

L'estimation précise du mouvement 3D d'une caméra relativement à une scène rigideest essentielle pour tous les systèmes de navigation visuels. Aujourd'hui différentstypes de capteurs sont adoptés pour se localiser et naviguer dans des environnementsinconnus : GPS, capteurs de distance, caméras, capteurs magnétiques, centralesinertielles (IMU, Inertial Measurement Unit). Afin d'avoir une estimation robuste, lesmesures de plusieurs capteurs sont fusionnées. Même si le progrès technologiquepermet d'avoir des capteurs de plus en plus précis, et si la communauté de robotiquemobile développe algorithmes de navigation de plus en plus performantes, il y aencore des défis ouverts. De plus, l'intérêt croissant des la communauté de robotiquepour les micro robots et essaim de robots pousse vers l'emploi de capteurs à bas poids,bas coût et vers l'étude d'algorithmes à faible complexité. Dans ce contexte, capteursinertiels et caméras monoculaires, grâce à leurs caractéristiques complémentaires,faible poids, bas coût et utilisation généralisée, représentent une combinaison decapteur intéressante.Cette thèse présente une contribution dans le cadre de la navigation inertielle assistéepar vision et aborde les problèmes de fusion de données et estimation de la pose, envisant des algorithmes à faible complexité appliqués à des micro-véhicules aériens.Pour ce qui concerne l'association de données, une nouvelle méthode pour estimer lemouvement relatif entre deux vues de caméra consécutifs est proposée.Celle-ci ne nécessite l'observation que d'un seul point caractéristique de la scène et laconnaissance des vitesses angulaires fournies par la centrale inertielle, sousl'hypothèse que le mouvement de la caméra appartient localement à un planperpendiculaire à la direction de la gravité. Deux algorithmes très efficaces pouréliminer les fausses associations de données (outliers) sont proposés sur la base decette hypothèse de mouvement.Afin de généraliser l'approche pour des mouvements à six degrés de liberté, deuxpoints caracteristiques et les données gyroscopiques correspondantes sont nécessaires.Dans ce cas, deux algorithmes sont proposés pour éliminer les outliers.Nous montrons que dans le cas d'une caméra monoculaire montée sur un quadrotor,les informations de mouvement fournies par l'IMU peuvent être utilisées pouréliminer de mauvaises estimations.Pour ce qui concerne le problème d'estimation de la pose, cette thèse fournit unesolution analytique pour exprimer la pose du système à partir de l'observation de troispoints caractéristiques naturels dans une seule image, une fois que le roulis et letangage sont obtenus par les données inertielles sous l'hypothèse de terrain plan.Afin d'aborder le problème d'estimation de la pose dans des environnements sombresou manquant de points caractéristiques, un système équipé d'une caméra monoculaire,d'une centrale inertielle et d'un pointeur laser est considéré. Grace à une analysed'observabilité il est démontré que les grandeurs physiques qui peuvent êtredéterminées par l'exploitation des mesures fourni par ce systeme de capteurs pendantun court intervalle de temps sont : la distance entre le système et la surface plane ;la composante de la vitesse du système qui est orthogonale à la surface ; l'orientationrelative du système par rapport à la surface et l'orientation de la surface par rapport àla gravité. Une méthode récursive simple a été proposée pour l'estimation de toutesces quantités observables.Toutes les contributions de cette thèse sont validées par des expérimentations à l'aidedes données réelles et simulées. Grace à leur faible complexité de calcul, lesalgorithmes proposés sont très appropriés pour la mise en oeuvre en temps réel surdes systèmes ayant des ressources de calcul limitées. La suite de capteur considéréeest monté sur un quadrotor, mais les contributions de cette thèse peuvent êtreappliquées à n'importe quel appareil mobile. / Accurate egomotion estimation is of utmost importance for any navigation system.Nowadays di_erent sensors are adopted to localize and navigate in unknownenvironments such as GPS, range sensors, cameras, magnetic field sensors, inertialsensors (IMU). In order to have a robust egomotion estimation, the information ofmultiple sensors is fused. Although the improvements of technology in providingmore accurate sensors, and the efforts of the mobile robotics community in thedevelopment of more performant navigation algorithms, there are still openchallenges. Furthermore, the growing interest of the robotics community in microrobots and swarm of robots pushes towards the employment of low weight, low costsensors and low computational complexity algorithms. In this context inertial sensorsand monocular cameras, thanks to their complementary characteristics, low weight,low cost and widespread use, represent an interesting sensor suite.This dissertation represents a contribution in the framework of vision-aided inertialnavigation and tackles the problems of data association and pose estimation aimingfor low computational complexity algorithms applied to MAVs.For what concerns the data association, a novel method to estimate the relative motionbetween two consecutive camera views is proposed. It only requires the observationof a single feature in the scene and the knowledge of the angular rates from an IMU,under the assumption that the local camera motion lies in a plane perpendicular to thegravity vector. Two very efficient algorithms to remove the outliers of the featurematchingprocess are provided under the abovementioned motion assumption. Inorder to generalize the approach to a 6DoF motion, two feature correspondences andgyroscopic data from IMU measurements are necessary. In this case, two algorithmsare provided to remove wrong data associations in the feature-matching process. Inthe case of a monocular camera mounted on a quadrotor vehicle, motion priors fromIMU are used to discard wrong estimations.For what concerns the pose estimation problem, this thesis provides a closed formsolution which gives the system pose from three natural features observed in a singlecamera image, once the roll and the pitch angles are obtained by the inertialmeasurements under the planar ground assumption.In order to tackle the pose estimation problem in dark or featureless environments, asystem equipped with a monocular camera, inertial sensors and a laser pointer isconsidered. The system moves in the surrounding of a planar surface and the laserpointer produces a laser spot on the abovementioned surface. The laser spot isobserved by the monocular camera and represents the only point feature considered.Through an observability analysis it is demonstrated that the physical quantities whichcan be determined by exploiting the measurements provided by the aforementionedsensor suite during a short time interval are: the distance of the system from the planarsurface; the component of the system speed that is orthogonal to the planar surface;the relative orientation of the system with respect to the planar surface; the orientationof the planar surface with respect to the gravity. A simple recursive method toperform the estimation of all the aforementioned observable quantities is provided.All the contributions of this thesis are validated through experimental results usingboth simulated and real data. Thanks to their low computational complexity, theproposed algorithms are very suitable for real time implementation on systems withlimited on-board computation resources. The considered sensor suite is mounted on aquadrotor vehicle but the contributions of this dissertations can be applied to anymobile device.

On étudie dans cette thèse des méthodes de localisation coopérative de robots mobiles sans utilisation de mesures extéroceptives relatives, comme des angles ou des distances entre robots. Les systèmes de localisation considérés sont basés sur des mesures de radionavigation sur des balises fixes ou des satellites. Pour ces systèmes, on observe en général un écart entre la position observée et la position réelle. Cet écart systématique (appelé biais) peut être dû à une mauvaise position de la balise ou à une différence entre la propagation réelles des ondes électromagnétiques par rapport aux conditions standard utilisées pour établir les modèles d’observation. L’influence de ce biais sur la localisation des robots est non négligeable. La coopération et l’échange de données entre les robots (estimations des biais, estimations des positions et données proprioceptives) est une approche qui permet de corriger ces erreurs systématiques. La localisation coopérative par échange des estimations est sujette aux problèmes de consanguinité des données qui peuvent engendrer des résultats erronés, en particulier trop confiants. Lorsque les estimations sont utilisées pour la navigation autonome à l’approche, on doit éviter tout risque de collision qui peut mettre en jeu la sécurité des robots et des personnes aux alentours. On doit donc avoir recours à un mécanisme d’intégrité vérifiant que l’erreur commise reste inférieure à une erreur maximale tolérable pour la mission. Dans un tel contexte, il est nécessaire de caractériser des domaines de confiance fiables contenant les positions des robots mobiles avec une forte probabilité. L’utilisation des méthodes ensemblistes à erreurs bornées est considérée alors comme une solution efficace. En effet, ce type d’approche résout naturellement le problème de consanguinité des données et fournit des domaines de confiance fiables. De surcroît, l’utilisation de modèles non-linéaires ne pose aucun problème de linéarisation. Après avoir modélisé un système coopératif de nr robots avec des mesures biaisées sur des balises, une étude d’observabilité est conduite. Deux cas sont considérés selon la nature des mesures brutes des observations. En outre, des conditions d’observabilité sont démontrées. Un algorithme ensembliste de localisation coopérative est ensuite présenté. Les méthodes considérées sont basées sur la propagation de contraintes sur des intervalles et l’inversion ensembliste. La coopération est effectuée grâce au partage des positions estimées, des biais estimés et des mesures proprioceptives.L’échange des estimations de biais permet de réduire les incertitudes sur les positions des robots. Dans un cadre d’étude simple, la faisabilité de l’algorithme est évaluée grâce à des simulations de mesures de distances sur balises en utilisant plusieurs robots. La coopération est comparée aux méthodes non coopératives. L’algorithme coopératif ensembliste est ensuite testé sur des données réelles en utilisant deux véhicules. Les performances de la méthode ensembliste coopérative sont enfin comparées avec deux méthodes Bayésiennes séquentielles, notamment une avec fusion par intersection de covariance. La comparaison est conduite en termes d’exactitude et d’incertitude. / In this work, we study some cooperative localization issues for mobile robotic systems that interact with each other without using relative measurements (e.g. bearing and relative distances). The considered localization technologies are based on beacons or satellites that provide radio-navigation measurements. Such systems often lead to offsets between real and observed positions. These systematic offsets (i.e, biases) are often due to inaccurate beacon positions, or differences between the real electromagnetic waves propagation and the observation models. The impact of these biases on robots localization should not be neglected. Cooperation and data exchange (estimates of biases, estimates of positions and proprioceptive measurements) reduce significantly systematic errors. However, cooperative localization based on sharing estimates is subject to data incest problems (i.e, reuse of identical information in the fusion process) that often lead to over-convergence problems. When position information is used in a safety-critical context (e.g. close navigation of autonomous robots), one should check the consistency of the localization estimates. In this context, we aim at characterizing reliable confidence domains that contain robots positions with high reliability. Hence, set-membership methods are considered as efficient solutions. This kind of approach enables merging adequately the information even when it is reused several time. It also provides reliable domains. Moreover, the use of non-linear models does not require any linearization. The modeling of a cooperative system of nr robots with biased beacons measurements is firstly presented. Then, we perform an observability study. Two cases regarding the localization technology are considered. Observability conditions are identified and demonstrated. We then propose a set-membership method for cooperativelocalization. Cooperation is performed by sharing estimated positions, estimated biases and proprioceptive measurements. Sharing biases estimates allows to reduce the estimation error and the uncertainty of the robots positions. The algorithm feasibility is validated through simulation when the observations are beacons distance measurements with several robots. The cooperation provides better performance compared to a non-cooperative method. Afterwards, the cooperative algorithm based on set-membership method is tested using real data with two experimental vehicles. Finally, we compare the interval method performance with a sequential Bayesian approach based on covariance intersection. Experimental results indicate that the interval approach provides more accurate positions of the vehicles with smaller confidence domains that remain reliable. Indeed, the comparison is performed in terms of accuracy and uncertainty.

L'objectif de la thèse est de développer des algorithmes de fusion de données recueillies à l’aide d'un réseau de capteurs sans fil afin de localiser plusieurs sources émettant un agent chimique ou biologique dans l'air. Ces capteurs détectent la concentration de la substance émise, transportée par advection et diffusion, au niveau de leurs positions et de communiquer cette information à un centre de traitement. L’information recueillie de façon collaborative est d'abord utilisée pour localiser les capteurs déployés au hasard et ensuite pour localiser les sources. Les applications comprennent, entre autres, la surveillance environnementale et la surveillance de sites sensibles ainsi que des applications de sécurité dans le cas d'une libération accidentelle ou intentionnelle d'un agent toxique. Toutefois, l'application considérée dans la thèse est celle de la détection et la localisation de mines terrestres. Dans cette approche, les mines sont considérées comme des sources émettrices de produits chimiques explosifs.La thèse comprend une contribution théorique où nous étendons l'algorithme de propagation de la croyance, un algorithme de fusion de données bien connu et largement utilisé pour l'estimation collaborative d'état dans les réseaux de capteurs, au cadre des méthodes à erreurs bornées. Le nouvel algorithme est testé sur le problème de l'auto-localisation dans les réseaux de capteurs statiques ainsi que l'application de suivi d'un objet mobile en utilisant un réseau de capteurs de distance. Autres contributions comprennent l'utilisation d'une approche probabiliste bayésienne avec des techniques d'analyse de données pour localiser un nombre inconnu de sources émettrices de vapeur. / The aim of the thesis is to develop fusion algorithms for data collected from a wireless sensor network in order to locate multiple sources emitting some chemical or biological agent in the air. These sensors detect the concentration of the emitted substance, transported by advection and diffusion, at their positions and communicate this information to a treatment center. The information collected in a collaborative manner is used first to locate the randomly deployed sensors and second to locate the sources. Applications include, amongst others, environmental monitoring and surveillance of sensitive sites as well as security applications in the case of an accidental or intentional release of a toxic agent. However, the application we consider in the thesis is that of landmine detection and localization. In this approach, the land mines are considered as sources emitting explosive chemicals. The thesis includes a theoretical contribution where we extend the Belief Propagation algorithm, a well-known data fusion algorithm that is widely used for collaborative state estimation in sensor networks, to the bounded error framework. The novel algorithm is tested on the self-localization problem in static sensor networks as well as the application of tracking a mobile object using a network of range sensors. Other contributions include the use of a Bayesian probabilistic approach along with data analysis techniques to locate an unknown number of vapor emitting sources.

Cette étude novatrice consiste à mettre en oeuvre dans un même protocole expérimental, trois techniques de caractérisation non destructive en simultané : l’émission acoustique, la thermographie infrarouge et les ultrasons pour la caractérisation de l’endommagement des matériaux Composites à fibres continues et à Matrice Polymère (CMP) à plis croisés [0/90]S. Chaque technique a permis demontrer sa potentialité à révéler l’endommagement dépendant de ses spécificités intrinsèques. L'émission acoustique a été utilisée sous sa forme classique et couplée avec une classification de données obtenue par les k-means et la carte de Kohonen. La thermographie infrarouge a été étudiée selon ses deux formes passive et active, les méthodes ultrasonores ont été exploitées en termes d’amplitude et de vitesse des ondes longitudinales et des ondes de Lamb respectivement. Il a été montré que l’approche multitechnique adoptée dans ce travail est très intéressante pour obtenir un diagnostic complet sur l’état de santé du matériau au repos et sous différents niveaux de chargement mécanique en traction. Il s’est avéré aussi que l’aspect « complémentarité » entre les trois techniques était plus envisageable que celui de la « redondance ». La fusion des données a été utilisée pour avoir une prise de décision fiable, complète et plus crédible sur les différents mécanismes d’endommagement susceptibles d’apparaître dans un matériau CMP. Ceci n’a été possible que pour les deux techniques d’imagerie, le C-scan ultrasonore et la thermographie infrarouge. En conclusion, les résultats montrent que ces trois techniques sont potentiellement capables de qualifier l’état d’endommagement du matériau, mais qu’elles ne le quantifient pas de la même manière / This innovative study consists to implement in the same experimental procedure three non destructive techniques simultaneously: acoustic emission, infrared thermography and ultrasonic waves for the characterization of damage in cross ply Polymer Composite Materials (PCM) [0/90]S. Each technique has demonstrated its potential to reveal the damage that depends on its intrinsic characteristics. Acoustic emission has been used in its classical form and coupled with a data classification obtained by k-means and Kohonen map. Infrared thermography has been studied using both passive and active forms, ultrasonic methods have been used by exploiting amplitude and velocity of longitudinal and Lamb waves respectively. It has been shown that the adopted multi-technique approach is veryinteresting to obtain a full diagnostic of the health state of the material before and after uniaxial mechanical loading. The “complementarity” aspect between the three used techniques is showed more interesting that “redundancy” aspect. The data fusion theory was used to have a reliable, comprehensive and credible decision about the different damage mechanisms may appear in PCM material. This has been possible only for the two imaging techniques, ultrasonic C-scan and infrared thermography. All in all, the results show that these three techniques are potentially able to describe the damage state of the material, but they don’t quantify it with the same manner

Le vieillissement rapide de la population implique une évolution du système de soins pour prendre en charge les personnes dépendantes dont la proportion ne cesse de croître. Une option possible est de développer et de mettre en œuvre une technologie d’assistance à domicile. Ce travail de thèse consiste à concevoir et à expérimenter des solutions de « surveillance » multicapteurs : déploiement de capteurs dans l’environnement réel du patient, fusion multisensorielle et algorithmes de diagnostics automatiques, afin d’assurer la sécurité des personnes mais également d’aider les professionnels de santé à maintenir la qualité du suivi et des soins. Ce manuscrit présente à travers une étude bibliographique, un état des connaissances et des pratiques sur les systèmes d’analyse des activités des personnes âgées. Ensuite, il détaille l’étape de conception du système de surveillance retenu et selon une approche fonctionnelle présente l’architecture matérielle et logicielle mise en œuvre pour répondre aux spécifications établies. Deux projets sont issus de ce travail : 1) Le projet Homecare qui vise à expérimenter et à qualifier, au niveau opérationnel, un système complet de Télésurveillance pour les personnes âgées atteintes de la maladie d'Alzheimer. 2) Le projet BéA qui est plutôt orienté sur la surveillance « outdoor » pour des personnes valides mais fragiles : Notre contribution a concerné la mise en place d’une architecture système qui intègre un algorithme auto-adaptatif de détection et de modélisation des déambulations par tranche horaire. Enfin, les pistes d’un modèle économique qui définit les options offertes, aujourd’hui, au déploiement de ce type de systèmes sont discutées. / The aging of the population implies an evolution of the healthcare systems, in order to take over dependent people whose proportion is growing. A possible solution is to develop and implement a home care technology. In this context, this PhD work consist to design and test a multisensory monitoring system: deployment of sensors in patient environment, sensory data fusion and automatic diagnostic algorithms, in order allowing patients to live in better safety conditions and helping health professionals to give better care quality. This manuscript presents, in the beginning, the problematic of elderly care and the state of knowledge and practices of activity analysis systems for elderly, through a literature review. Then, it describes the design step of monitoring system according to a functional approach. This approach presents the implemented hardware and software architecture in order to satisfy established specifications. We worked on two projects: 1) Homecare System aims to experiment and validate the good working of a remote monitoring system for elderly (or disabled) suffering from Alzheimer's disease. 2) BéA System (Bracelet Electronique d’Autonomie) is oriented to outdoor monitoring of able-bodied people but frail: Our contribution is to implement a system architecture which integrates a self-adaptive algorithm for detecting and modelling wandering by day-part. For these two projects, we present the results and make a first experience feedback. Finally, we propose a potential economic model that defines the available options that allow, today, the deployment these types of system.

Le travail présenté dans ce mémoire concerne le développement théorique et la validation expérimentale d'algorithmes de fusion de données originaux pour mini-drones, dépassant les limitations des estimateurs communément utilisés (e.g. le Filtre de Kalman Etendu ou les filtres particulaires) et pouvant être implémentés aisément et efficacement dans une avionique bas-coûts. Nous proposons tout d'abord des observateurs invariants "génériques'', préservant les symétries naturelles du système physique. Ces observateurs fusionnent les mesures de capteurs bon marché usuels (tels que les capteurs inertiels, magnétomètres, GPS ou baromètres) afin d'estimer avec précision l'état de l'appareil (angles d'attitude et de cap, vitesse et position) sans modèle dynamique de l'engin. Ils possèdent un large domaine de convergence; ils sont également faciles à régler et très économiques en temps de calcul. Puis nous développons des observateurs "spécifiques'', adaptés au type de véhicule aérien considéré, en l'occurence un mini-quadrotor. Basés sur un modèle physique tenant compte de la traînée de rotor, les observateurs présentés estiment la vitesse du quadrotor à partir de mesures uniquement inertielles, menant à un contrôle en vitesse de l'appareil. Cette approche est validée par des vols stabilisés autonomes. Enfin, nous présentons en détail l'intégration du système avionique bas-coûts utilisé, composé de capteurs "bruts'' et d'un microcontrôleur sur lequel sont implémentés les observateurs précédents. Nous validons ces algorithmes en comparant leurs estimations avec celles fournies par un produit commercial coûteux, mettant ainsi en évidence leur excellent rapport "qualité/prix''.