La caractérisation des tremblements de terre est un domaine de recherche primordial en sismologie, où l'objectif final est de fournir des estimations précises d'attributs de la source sismique. Dans ce domaine, certaines questions émergent, par exemple : quand un tremblement de terre s’est-il produit? quelle était sa taille? ou quelle était son évolution dans le temps et l'espace? On pourrait se poser d'autres questions plus complexes comme: pourquoi le tremblement s'est produit? quand sera le prochain dans une certaine région? Afin de répondre aux premières questions, une représentation physique du phénomène est nécessaire. La construction de ce modèle est l'objectif scientifique de ce travail doctoral qui est réalisé dans le cadre de la modélisation cinématique. Pour effectuer cette caractérisation, les modèles cinématiques de la source sismique sont un des outils utilisés par les sismologues. Il s’agit de comprendre la source sismique comme une dislocation en propagation sur la géométrie d’une faille active. Les modèles de sources cinématiques sont une représentation physique de l’histoire temporelle et spatiale d’une telle rupture en propagation. Cette modélisation est dite approche cinématique car les histoires de la rupture inférées par ce type de technique sont obtenues sans tenir compte des forces qui causent l'origine du séisme.Dans cette thèse, je présente une nouvelle méthode d'inversion cinématique capable d'assimiler, hiérarchiquement en temps, les traces de données à travers des fenêtres de temps évolutives. Cette formulation relie la fonction de taux de glissement et les sismogrammes observés, en préservant la positivité de cette fonction et la causalité quand on parcourt l'espace de modèles. Cette approche, profite de la structure creuse de l’histoire spatio-temporelle de la rupture sismique ainsi que de la causalité entre la rupture et chaque enregistrement différé par l'opérateur. Cet opérateur de propagation des ondes connu, est différent pour chaque station. Cette formulation progressive, à la fois sur l’espace de données et sur l’espace de modèle, requiert des hypothèses modérées sur les fonctions de taux de glissement attendues, ainsi que des stratégies de préconditionnement sur le gradient local estimé pour chaque paramètre du taux de glissement. Ces hypothèses sont basées sur de simples modèles physiques de rupture attendus. Les applications réussies de cette méthode aux cas synthétiques (Source Inversion Validation Exercise project) et aux données réelles du séisme de Kumamoto 2016 (Mw=7.0), ont permis d’illustrer les avantages de cette approche alternative d’une inversion cinématique linéaire de la source sismique.L’objectif sous-jacent de cette nouvelle formulation sera la quantification des incertitudes d’un tel modèle. Afin de mettre en évidence les propriétés clés prises en compte dans cette approche linéaire, dans ce travail, j'explore l'application de la stratégie bayésienne connue comme Hamiltonian Monte Carlo (HMC). Cette méthode semble être l’une des possibles stratégies qui peut être appliquée à ce problème linéaire sur-paramétré. Les résultats montrent qu’elle est compatible avec la stratégie linéaire dans le domaine temporel présentée ici. Grâce à une estimation efficace du gradient local de la fonction coût, on peut explorer rapidement l'espace de grande dimension des solutions possibles, tandis que la linéarité est préservée. Dans ce travail, j'explore la performance de la stratégie HMC traitant des cas synthétiques simples, afin de permettre une meilleure compréhension de tous les concepts et ajustements nécessaires pour une exploration correcte de l'espace de modèles probables. Les résultats de cette investigation préliminaire sont encourageants et ouvrent une nouvelle façon d'aborder le problème de la modélisation de la reconstruction cinématique de la source sismique, ainsi, que de l’évaluation des incertitudes associées. / The earthquake characterization is a fundamental research field in seismology, which final goal is to provide accurate estimations of earthquake attributes. In this study field, various questions may rise such as the following ones: when and where did an earthquake happen? How large was it? What is its evolution in space and time? In addition, more challenging questions can be addressed such as the following ones: why did it occur? What is the next one in a given area? In order to progress in the first list of questions, a physical description, or model, of the event is necessary. The investigation of such model (or image) is the scientific topic I investigate during my PhD in the framework of kinematic source models. Understanding the seismic source as a propagating dislocation that occurs across a given geometry of an active fault, the kinematic source models are the physical representations of the time and space history of such rupture propagation. Such physical representation is said to be a kinematic approach because the inferred rupture histories are obtained without taking into account the forces that might cause the origin of the dislocation.In this PhD dissertation, I present a new hierarchical time kinematic source inversion method able to assimilate data traces through evolutive time windows. A linear time-domain formulation relates the slip-rate function and seismograms, preserving the positivity of this function and the causality when spanning the model space: taking benefit of the time-space sparsity of the rupture model evolution is as essential as considering the causality between rupture and each record delayed by the known propagator operator different for each station. This progressive approach, both on the data space and on the model space, does require mild assumptions on prior slip-rate functions or preconditioning strategies on the slip-rate local gradient estimations. These assumptions are based on simple physical expected rupture models. Successful applications of this method to a well-known benchmark (Source Inversion Validation Exercise 1) and to the recorded data of the 2016 Kumamoto mainshock (Mw=7.0) illustrate the advantages of this alternative approach of a linear kinematic source inversion.The underlying target of this new formulation will be the future uncertainty quantification of such model reconstruction. In order to achieve this goal, as well as to highlight key properties considered in this linear time-domain approach, I explore the Hamiltonian Monte Carlo (HMC) stochastic Bayesian framework, which appears to be one of the possible and very promising strategies that can be applied to this stabilized over-parametrized optimization of a linear forward problem to assess the uncertainties on kinematic source inversions. The HMC technique shows to be compatible with the linear time-domain strategy here presented. This technique, thanks to an efficient estimation of the local gradient of the misfit function, appears to be able to rapidly explore the high-dimensional space of probable solutions, while the linearity between unknowns and observables is preserved. In this work, I investigate the performance of the HMC strategy dealing with simple synthetic cases with almost perfect illumination, in order to provide a better understanding of all the concepts and required tunning to achieve a correct exploration of the model space. The results from this preliminary investigation are promising and open a new way of tackling the kinematic source reconstruction problem and the assessment of the associated uncertainties.

Ma thèse vise à contribuer au développement et l’amélioration de la cinématique de la partie supérieure du robot HYDROïD pour des tâches bi-manuelles, tout en basant sur une étude biomécanique de cette partie chez l’être humain.Pour atteindre notre objectif majeur, ce travail adopte dans un premier temps une nouvelle structure hybride de 4 degrés de liberté (ddl) pour le torse du robot, distribués en 3 ddl au niveau lombaire et un ddl au niveau thoracique. Cette structure était identifiée après une analyse de l’espace de travail d’un modèle multi-corps simulant la colonne vertébrale d’un être humain, et une étude d’optimisation de ce modèle permettant la synthèse de la structure envisagée.Dans un second temps, une amélioration de la cinématique du bras du robot a été mise en place, en introduisant la notion de l’épaule complexe au présente structure. Le choix de ce nouveau degré de liberté était le fruit d’une approche systématique pour augmenter l’anthropomorphisme géométrie du bras souhaité vers un bras humain de la même taille.Les 2 structures proposées ont passé par la suite par la phase de conception mécanique tout en respectant les contraintes géométriques et en se basant sur l’énergie hydraulique comme étant l’énergie d’ actionnement de ces systèmes. Enfin, le Modèle Géometrique Inverse (MGI) pour la solution générique du torse a été établi et son adaptation à notre cas particulier a été identifiée. Une solution optimisée pour ce mécanisme basée sur 2 différents critères a ensuite été donnée. / My thesis aims at contributing to the development and improvement of the upper body of HYDROïD robot for bi-manual tasks, while basing on a bio-mechanical study of this part of the human being. To reach our major goal, this work adopts, at first, a novel hybrid structure of 4 degrees of freedom (DOF) for the trunk of the robot, distributed in three DOF at the lumbar level and one DOF at the thoracic level. This structure was identified after an analysis of the work-space of a multi-body model feigning the vertebral column of a human being, and an optimization study of that model allowing the synthesis of the envisaged structure. Secondly, an improvement of the kinematics of the robor arm was organized, by introducing the notion of the shoulder complex in the present structure. The choice of this new degree of freedom was the fruit of a systematic approach to increase the anthropomorphism geometry of the arm wished towards a humanitarian arm of the same size.The two proposed structures crossed afterward by the mechanical design phase while respecting all the geometrical constraints and by using the hydraulic energy as being the type of actuation of these systems. Finally, the Inverse Geometrical Model (IGM) for the generic solution of the trunk was established and its adaptation to our particular case was identified. An optimized solution for this mechanism based on 2 various criteria was then given.

L’usinage 5 axes à grande vitesse est de plus en plus utilisé dans l’industrie pour réaliser des pièces de géométrie complexe à forte valeur ajoutée avec pour contrainte de respecter la qualité géométrique tout en maximisant la productivité. Dans ce contexte, la FAO et plus particulièrement la génération des trajectoires d’usinage jouent un rôle prépondérant. Ces travaux proposent de définir des trajectoires en fonction de la pièce à réaliser mais aussi de la structure poly articulée et de ses performances cinématiques. La grande diversité des structures en termes d’architecture et de cinématique impose une méthode de calcul générique facilitant la définition de trajectoires adaptées pour leur suivi. L’état de l’art des travaux réalisé dans les domaines de l’usinage et de la robotique pour répondre à cette problématique conduit à utiliser des polytopes de manipulabilité cinématique pour modéliser les contraintes cinématiques. L’analyse de ces polytopes et de la géométrie de la pièce à usiner permet de générer des trajectoires avec une vitesse outil/pièce maîtrisée et un temps de parcours réduit dans le cas de l’usinage 5 axes positionné et de l’usinage 5 axes continu. Ce formalisme met en avant les fortes dépendances entre les différents paramètres de la stratégie d’usinage (positionnement de la pièce, direction d’avance et orientation de l’outil) et permet de privilégier certaines combinaisons de ces paramètres pour maîtriser la vitesse d’exécution de la trajectoire. / 5 axes high speed milling is increasingly used for manufacturing high addedvalue parts with complex forms in order to respect surface quality while maximizing productivity. In this context, CAM and more specifically toolpath computations play a major part. This work proposes to define toolpath depending on the workpiece but also onkinematical capacities of the polyarticulated structure.The large variety of structure in terms of architecture and kinematic enforce a generic calculation method to simplify adaptative toolpath generation. A state of the art realized in machining and robotics proposes to investigate the use of kinematical manipulability polytopes to represent kinematical capacities. An analysis of the polytopes and of the workpiece allows to generate toolpaths with a controlled feedrate and a decreasing time in 5 axes positionned milling and in 5 axes continous milling. This formalism highlights strong interactions between milling strategy parameters (workpiece setup, feed direction, tool orientation) and allows to prioritize specific parameters mix to have a controlled execution feedrate.

L'une des tâches que certains techniciens de la faune peuvent effectuer consiste à aider à capturer des animaux à l'aide d'un lance-filet, afin de faciliter la collecte d'échantillons biologiques. Une partie de cette activité se déroule généralement dans un hélicoptère en plein vol, dans des zones reculées. Ce métier requiert une bonne condition physique. Le recrutement ainsi que le maintien en emploi de nouveaux tireurs impliquent un investissement important en temps et en argent. Il est donc nécessaire de s'attarder aux capacités physiques des tireurs pour assurer la sécurité de la tâche. L'objectif de ce projet de maîtrise était d'évaluer l'effet de la fatigue et du niveau d'expertise sur la performance de la tâche de tir au lance-filet. À cet effet, un environnement de réalité virtuelle a été développé pour simuler l'environnement de travail des tireurs. Des mesures de cinématiques et d'activité musculaire ont été prises avant et après un protocole de fatigue du membre supérieur. Des comparaisons intra et inter-sujets ont permis de constater une modification de la technique de tir mis en lumière par une diminution de l'inclinaison au niveau du tronc et un rapprochement du corps de l'arme ainsi qu'une augmentation de l'activité électromyographique des muscles du bras et de l'épaule en situation de fatigue. De plus, des différences entre les groupes experts et novices sont ressorties au niveau de l'activité électromyographique des muscles du bras et de l'épaule, ainsi qu'au niveau de l'inclinaison du tronc et de la cinématique des muscles du bras et de l'épaule du côté droit. Ces résultats soulignent l'impact de la fatigue sur le positionnement de l'arme et met de l'avant l'importance pour les tireurs d'avoir une bonne condition physique afin d'assurer la sécurité du tir en vol. / One of the tasks some wildlife technicians can perform is to help capture animals with a net launcher, to facilitate the collection of biological samples. Part of this activity usually takes place in a helicopter in mid-air, in remote areas. The job requires a high level of physical fitness. Recruiting and retaining new shooters involves a significant investment of time and money. It is therefore necessary to focus on the physical capacity of shooters to ensure the safety of the task. The aim of this master's project was to evaluate the effect of fatigue and level of expertise on performance in the net-gunning task. To this end, a virtual reality environment was developed to simulate the shooters' working environment. Measurements of kinematics and muscle activity were taken before and after an upper limb fatigue protocol. Intra- and inter-subject comparisons revealed a change in shooting technique, highlighted by a decrease in trunk flexion and a bringing of the weapon closer to the body, as well as an increase in the EMG activity of the arm and shoulder muscles during fatigue. In addition, differences between the expert and novice groups were observed in the EMG activity of the arm and shoulder muscles, as well as in trunk inclination and kinematics of the arm and shoulder muscles on the right side. These results underline the impact of fatigue on weapon positioning and highlight the importance of shooters being in good physical condition to ensure safe in-flight shooting.

La théorie piagétienne permet d'évaluer les structures cognitives sollicitées lors de la présentation de situations à résolution de problèmes comme celles de mise en relation du temps, de l'espace et de la vitesse (les notions cinématiques). On observe, en cours de développement de ces notions, l'application d'algorithmes de raisonnement associés à des réponses caractéristiques. Le modèle de Crépault identifie certains de ces algorithmes. Des réponses conformes aux prédictions du modèle ont été observées lors de l'administration de problèmes de physique cinématique à des sujets adultes. Deux variantes d'une méthode métacognitive, introduites pour maximiser les performances des sujets expérimentaux, en facilitant leur représentation des problèmes, ont été testées. Contrairement à ce qui était attendu, elles ont été associées à une chute des performances et semblent avoir généré de la confusion.

Ce mémoire traite du développement des équations de la dynamique d'un manipulateur sériel plan à deux degrés de liberté avec des membrures de section carrée submergé dans un fluide et de la programmation d'un simulateur de ce bras qui, pour une trajectoire à l'effecteur donnée, renvoie les valeurs des couples correspondant aux actionneurs pour les deux solutions du problème géométrique inverse. En utilisant la méthode de Lagrange dans le développement des équations du système, un premier modèle des forces hydrodynamiques basé sur des coefficients de traînée est obtenu par simulation numérique. La méthode est comparée à une simulation 3D, où une analyse plus poussée de l'écoulement mène à un nouveau modèle des forces hydrodynamiques représentant mieux l'écoulement réel. À partir de ce nouveau modèle, un simulateur Simulink/Matlab est aussi présenté.

L'objectif de cette thèse est l'étude du comportement cinématique des mécanismes bouclés de corps rigides. Le modèle mathématique d'un tel mécanisme est l'équation de fermeture f (q1,..., qm) = e où q1,...,qm sont des coordonnées articulaires et f est une fonction analytique à valeur dans un groupe de Lie. L'étude des propriétés cinématiques se ramène à celle de l'ensemble des configurations admissibles f-1 ( e ) qui est une sous-variété dans le cas régulier où f est une subimmersion. Par contre, l'étude est beaucoup plus difficile lorsque f possède des singularités. On utilise comme outil fondamental le formalisme de la géométrie différentielle des groupes de Lie pour le groupe des déplacements et la structure de Δ - module de son algèbre de Lie, ceci permet une écriture simple et condensée des équations de la cinématique et facilite leur traitement symbolique. Nous avons montré que l'analyse au deuxième ordre de l'équation de fermeture est suffisante pour les mécanismes 6R paradoxaux. Un algorithme d'évaluation du rang d'un ensemble de champs antisymétriques (équiprojectifs) est développé et est utilisé pour étudier les processus de génération des sous algèbres de Lie. Nous avons proposé également des méthodes de cinématique inverse pour des mécanismes spatiaux, ces méthodes permettent de résoudre l'équation de fermeture indépendamment d'un choix des coordonnées et d'obtenir des conditions nécessaires et suffisantes de résolution : notamment, la méthode simplifie considérablement la procédure de résolution pour les mécanismes 6R spatiaux.

Dans cette thèse nous apportons deux contributions importantes par l'outil de l'abstraction mathématique : - La première contribution concerne la mécanique et plus précisément la modélisation dynamique des systèmes articulés. L'abstraction mathématique par la théorie des groupes et algèbres de Lie coordonnée avec un usage judicieux de la notion des nombres duaux permet d'élaborer un langage très commode où les modèles géométriques et dynamiques des systèmes mécaniques poly-articulés s'expriment sous une forme syntaxique relativement simple (malgré la complexité du système). De nouvelles méthodes pour la description des configurations des systèmes multicorps et un algorithme récurrent original (et très efficace) sont alors développés grâce à ce langage. - La seconde contribution concerne le domaine informatique en calcul formel. Elle est basée sur le typage algébrique, les techniques de réécriture et la génération automatique des codes (programmation assistée par ordinateur). Les problèmes soulevés nécessitent de nouvelles architectures de systèmes de calcul formel. Dans cet ordre d'idées, un prototype de système de calcul formel (SURVEYOR) basé sur la réécriture typée et une extension (MEDUSA MF77) du système Maple ont été réalisés. Un outil informatique pour la génération automatique des codes Fortran et Maple des schémas de calcul optimisés relatifs à notre formulation dynamique est développé à l'aide du système MEDUSA MF77. Plusieurs applications en calcul symbolique et en robotique sont, par ailleurs, présentées en annexes sous forme de réalisations informatiques des aspects théoriques traités.

Si de nombreuses études ont été consacrées à l'analyse des grands tours préparatoires aux sorties, aux sorties elles-mêmes et aux lâchers de barre en barre fixe ou barre supérieure de barres asymétriques, les éléments avec envol pour passer d'une barre à l'autre aux barres asymétriques (lâcher la barre inférieure pour saisir la barre supérieure ou l'inverse) n'ont, à notre connaissance, pas fait l'objet de telles études. Cette thèse de doctorat présente dans sa première partie une analyse cinématique du " pieds barre temps de ventre " ainsi qu'une analyse des moments cinétique et d'inertie mis en jeu par deux groupes de gymnastes, des expertes et des novices, lors de la réalisation de ce mouvement. La deuxième partie met en évidence des lois de contrôle moteur utilisées par les deux groupes pour réaliser l'élément. Afin de déterminer si les mouvements des deux groupes sont susceptibles d'améliorations et si la trajectoire créée au lâcher de la barre inférieure ou la gestuelle mise en jeu influence davantage la performance, une optimisation du pieds barre temps de ventre est proposée dans la troisième partie. Enfin, l'effet de l'introduction d'une loi de contrôle moteur dans le processus d'optimisation sur le réalisme des mouvements optimisés est envisagé.

La stimulation électrique directe (SED), pour une heure, améliore la régénération de nerfs périphériques chez le rat après la réparation. Cliniquement, ceci augmenterait le temps opératoire, rehaussant les risques de complications périopératoires. Objectif: Cette étude examine si la stimulation électrique transcutanée (SETC) est aussi efficace à améliorer la régénération de nerfs périphériques que la stimulation électrique directe. Méthode: Le nerf sciatique droit de 28 souris a été axotomisé. Une réparation par microsuture est effectuée. Quatre groupes sont étudiés : (1) sham; (2) suture seulement; (3) suture et SED; (4) suture et SETC. La stimulation est appliquée pour 1 heure à 20 Hz. Les souris sont étudiées pour un total de 12 semaines. La récupération sciatique est évaluée aux semaines 0, 1, 2 et aux 2 semaines par la suite par analyse de démarche sur la poutre. Résultats: La cinématique post-récupération démontre un index fonctionnel sciatique et angle de décollement significativement améliorés pour les groupes SED et SETC aux semaines 8, 10 et 12. Conclusions: 12 semaines après l’axotomie du nerf sciatique, la récupération fonctionnelle est significativement améliorée avec la SED et la SETC. Donc, la SETC est aussi bénéfique pour la promotion de la régénération nerveuse et réinnervation musculaire fonctionnelle que la SED. / Direct electrical stimulation (DES) for one hour increases the rate of peripheral nerve regeneration in rats after nerve repair. Clinically, this would lengthen surgery time, increasing risks of perioperative complications. Purpose: This study examines whether transcutaneous electrical stimulation (TCES) is as effective at improving peripheral nerve regeneration as direct electrical stimulation. Methods: The right sciatic nerve was axotomized in 28 mice. End-to-end microsuture repair was undertaken. Four groups were studied: (1) sham; (2) suture only; (3) suture and DES; (4) suture and TCES. Stimulation was applied for 1 hour, at 20 Hz. The mice were studied for a total of 12 weeks. Hind-limb recovery was evaluated at weeks 0, 1, 2 and then every 2 weeks by walking-track analysis. Results: Post recovery kinematic showed significantly improved functional sciatic index and foot-base angles at weeks 8, 10 and 12 for both DES and TCES groups. Conclusions: 12 weeks after sciatic nerve axotomy, functional recovery was improved significantly in both DES and TCES groups. Therefore, TCES is as beneficial in promoting nerve regeneration and functional muscle reinnervation as is DES.