Dans cette thèse, nous apportons la contribution à la conception de robots médicaux, en proposant une démarche de conception simultanée de la structure mécanique du robot. Par opposition à une vision séquentielle naturelle de la conception, la formalisation du processus créatif permet une simultanéité, ouvrant la voie à des structures innovantes dédiées : en robotique médicale, faible masse et faible compacité de la structure mécanique sont souvent recherchées. A partir d'un descriptif de démarches existantes, nous effectuons la conception d'un robot de télé-échographie et d'un robot de chirurgie mini-invasive. Pour les deux applications, de fortes contraintes sont présentes. En télé-échographie, la portabilité est très recherchée, requérant une faible compacité. Pour la chirurgie mini-invasive, les moto-réducteurs du robot in vivo doivent être dimensionnés au plus juste. Ici, nous avons formalisé l'amélioration de la compacité d'une structure parallèle pour la télé-échographie. Les résultats montrent une amélioration de la compacité de l'ordre de 5%. Dans le même esprit, nous avons formalisé la synthèse dimensionnelle de deux robots 2R-R-R de chirurgie mini-invasive in vivo. Nous réalisons l'optimisation simultanée entre le dimensionnement des moto-réducteurs et des longueurs des corps pour tendre vers une simultanéité totale du processus créatif, ce qui nous permet d'améliorer les performances en termes de force et vitesse à l'effecteur. Ces expériences de conception montrent les limites à une simultanéité stricte. Nous indiquons le besoin d'adapter outils et méthodes de conception mécatronique pour une simultanéité en conception robotique tenant compte de l'aspect imparfait du processus créatif.

Une maladie appelée cholestéatome affecte l'oreille moyenne, en absence de traitement, elle pourrait conduire à des complications graves. Le seul traitement dans la pratique médicale actuelle est une procédure chirurgicale. Les incidences de cholestéatome résiduelle ou récurrente sont élevés et le patient doit subir plus d'une intervention chirurgicale. Par conséquent, un système robotique original a été proposé pour d'éliminer l'incidence du cholestéatome résiduel en enlevant efficacement toutes les cellules infectées de la première intervention chirurgicale, et de faire une chirurgie moins invasive. Ainsi, ce manuscrit montre les différents défis auxquels fait face le chirurgien à travers une telle micro-procédure. Il est également défini le cahier de charge pour la réalisation d'un système futuriste dédié à la chirurgie du cholestéatome. En outre, un contrôleur est proposé comme un première étape vers le système idéal. Un tel contrôleur permet de guider un outil chirurgical rigide afin de suivre un chemin de référence sous les contraintes du trou d'incision. Le contrôleur proposé peut guider soit un outil droit, soit un outil courbe. En effet, le contrôleur proposé est une commande de haut niveau qui es formulé dans l'espace de tâche (ou espace Cartésien). Ce contrôleur est une couche modulaire qui peut être ajoutée à différentes structures robotiques. Le contrôleur proposé a montré de bons résultats en termes de précision tout en étant évalué sur un robot parallèle et un robot en série. / A disease called cholesteatoma affects the middle ear, in the absence of treatment, it could lead to serious complications. The only treatment in current medical practice is a surgical procedure. Incidences of residual or recurrent cholesteatoma are high and the patient may have more than one surgical procedure. Therefore, a novel robotic system was proposed to eliminate the incidence of residual cholesteatoma by removing efficiently all infected cells from the first surgery, and make a less invasive surgery. Thus, this manuscript shows the different challenges that face the surgeon through such a micro-procedure. It also is specified the requirements for achieving a futuristic system dedicated to cholesteatoma surgery. In addition, a controller is proposed as a first step toward the ideal system. Such a controller allows to guide a rigid surgical tool for following a reference path under the constraints of the incision hole. The proposed controller can guide either a straight tool or a curved one. Indeed, the proposed controller is a high level control which is formulated in the task-space (or Cartesian-space). This controller is a modular layer which can be added to different robotics structures. The proposed controller showed a good results in term of accuracy while assessed on a parallel robot and a serial one.

De par le fonctionnement de son rotor, l'hélicoptère est le siège de vibrations mécaniques importantes impactant notamment la fatigue des pièces mécaniques et le confort des passagers. La liaison BTP-Fuselage équipé du système SARIB est un système anti-vibratoire qui permet d'atténuer mono-fréquentiellement les vibrations transmises au fuselage. Des solutions intelligentes semi-actives sont donc étudiées afin que la filtration soit réglable en fonction des vibrations excitatrices. Ce type d'études souffre, par contre, d'un manque d'outils et de méthodes indispensables, d'une part, à la modélisation de systèmes mécaniques complexes et d'autre part, à l'élaboration d'une liaison intelligente. Ces travaux proposent une démarche de modélisation à partir d'un outil de modélisation structurel tel que le multi-bond graph (MBG) permettant une vision global et modulaire pour l'étude de systèmes mécaniques complexes tels qu'on peut les trouver sur un hélicoptère. Dans un premier temps, une analyse des outils de modélisation conduisant au choix du MBG a été présentée. Dans un second temps, les développements ont porté sur la modélisation MBG de la liaison BTP/ Fuselage 3D d'un banc d'essai réel qui a été conçu et réalisé au sein du laboratoire. Cette liaison est un système mécanique cinématiquement bouclé. Les équations de la dynamique d'un tel système forment un système d'équations algébro-différentiel (DAE) nécessitant des techniques de résolution spécifiques. Le modèle MBG de la liaison BTP-fuselage entier a été simulé à l'aide du logiciel 20-sim. Les résultats obtenus ont été vérifiés à l'aide du logiciel multicorps LMS Virtual Lab. Une comparaison des résultats obtenus par les deux méthodes a donné, pour différents cas d'excitations de la BTP (pompage, roulis, tangage), une corrélation très satisfaisante. Dans un troisième temps, le modèle MBG a été exploité pour la mise en place d'un dispositif de contrôle semi-actif. Le modèle du dispositif SARIB développé également sous 20-sim permet de régler la position des masses mobiles en fonctionnement de manière à minimiser le niveau de vibratoire du fuselage. L'algorithme de contrôle (algorithme de gradient) permet de calculer les consignes de position des masses mobiles sur les batteurs SARIB. La position des masses mobiles actionnée par un moteur électrique à courant continu et un système vis-écrou est ensuite asservie aux consignes générées par l'algorithme de contrôle. Enfin, la commande a pu être mise en place sur un modèle bond graph non-linéaire qui n'a pas nécessité une linéarisation en vue d'une transformation en fonction de transfert. / Due to the operation of the rotor, the helicopter is subject to important vibrations affecting namely the fatigue of mechanical parts and the passengers comfort. The MGB-Fuselage joint equipped with the DAVI system is an anti-vibration system that helps to reduce, in a single frequency way, vibrations transmitted to the fuselage. Semi-active intelligent solutions are studied so that the filtering can be adjusted according to the vibration sources. Such studies suffer from a lack of tools and necessary methods, firstly, for the design of complex mechanical systems and secondly, for the development of an intelligent joint. This work proposes a modeling approach using a structural modeling tool : the multi-bond graph (MBG) which offers a global and modular view for the study of complex mechatronic systems such as helicopter. At first, an analysis of modeling tools leading to the selection of MBG is presented. Secondly, developments have focused on the MBG modeling of the 3D MGB-fuselage joint of an experimental setup which was designed and built in the laboratory. This joint is a mechanical system with kinematic loops. The equations of the dynamics of such system are a differential-algebraic system (DAE) requiring specific solving methods. The MBG model of the MGB-fuselage was simulated using the 20-sim software. The results were verified using the multibody software LMS Virtual Lab. A comparison of results obtained by the two methods led to a very good correlation to various cases of excitations of the MGB (pumping, roll, pitch). Thirdly, the MBG model was used for the establishment of semi-active control system. The model of the DAVI device also developed in 20-sim allows to adjust the position of the moving masses in operation so as to minimize the level of vibration of the fuselage. The control algorithm (gradient algorithm) enables to calculate the setpoint positions of the moving masses on the DAVI beaters. The position of the moving masses driven by an electric DC motor and a screw-nut system is then controlled to the setpoints generated by the control algorithm. Finally, the command could be implemented on a non-linear bond graph model which did not require a linearization to get a transfer function.

Dans le contexte de conception des systèmes mécatroniques, cette thèse aborde le problème de synthèse de tolérance paramétrique par rapport aux spécifications incluant incertitudes admissible. Nous prenons en compte deux types d’incertitude : incertitude aléatoire et incertitude épistémique. La méthodologie est basée sur l’inversion du modèle bond graph et sur la propagation de l’incertitude en sortie au paramètre de conception. Les incertitudes aléatoires sont modélisées par les fonctions densité de probabilité (FDP). Les incertitudes épistémiques sont modélisées par les fonctions d’appartenance (FA). Les modèles bond graph probabiliste et bond graph flou correspondants sont alors définis. En affectant la bicausalité et exploitant le modèle bond graph bicausal, nous obtenons le modèle inverse du système. Les FDP et FA sont ensuite propagées à travers ce modèle inverse jusqu’aux paramètres de conception. Nous proposons deux approches pour la propagation de l’incertitude : l’approche globale et l’approche locale. Dans l’approche globale, les FDP et FA en sortie sont propagée grâce à la relation globale entre les sorties et les paramètres de conception (le modèle inverse). Dans l’approche locale, le modèle considéré est divisé en plusieurs sous-modèles et les FDP et FA sont transférées de sous-modèle en sous-modèle jusqu’aux paramètres de conception. Nous utilisons ensuite les FDP et FA obtenues pour synthétiser les tolérances pour les paramètres de conception. La méthodologie proposée permet le traitement de l’incertitude aléatoire et l’incertitude épistémique par des outils appropriés, dans un problème de synthèse de tolérance paramétrique incluant des spécifications complexes. / In the context of mechatronic systems design, this thesis addresses the problem of parametric tolerance synthesis with respect to specifications including allowable uncertainties. We consider two types of uncertainty: aleatory uncertainty and epistemic uncertainty. The methodology is based on the inversion of the bond graph model and the propagation of uncertainty from output to design parameter. Aleatory uncertainties are modeled by the density probability functions (PDF). Epistemic uncertainties are modeled by membership functions (MF). The probabilistic and fuzzy bond graph are then defined. By affecting bicausality and exploiting the bicausal bond graph model, we obtain the inverse model of the system. The PDF and MF are then propagated through the inverse model to the design parameters. We propose two approaches for the propagation of uncertainty: the global approach and the local approach. In the global approach, the output PDF and MF are propagated through the overall relation between the outputs and the design parameters (the inverse model). In the local approach, the model is divided into several sub-models and the PDF and MF are transferred from sub-model to sub-model until they reach the design parameters. We then use the obtained PDF and MF for synthesizing the tolerances of the design parameters. The proposed methodology allows the treatment of aleatory uncertainty and epistemic uncertainty by appropriate tools, in a problem of parametric tolerance synthesis including complex specifications.

L'objectif de ce travail est de construire une machine d'essai pour la prothèse. La machine doit être capable de reproduire les mêmes conditions dynamiques et cinématiques appliquées sur la prothèse pendant l'utilisation normale.Le nombre d'amputation et les causes d'amputation ont été recueillis. Différents types de prothèses ont été classés selon la prothèse de jambe par hauteur d'amputation, prothèse passive et active, différenciées par la nature de leur actionneur. La plupart des machines d'essai pour la prothèse ont été étudiées à partir de la prospective technologique et capacitaire. Déterminer toutes les limitations de la plupart des machines d'essai existantes, et les besoins de développer une nouvelle machine pour remplir complètement ces besoins ont été développés.Ensuite, nous avons étudié et analysé la dynamique de la marche et de la course humaines. Les équations du mouvement en prenant en considération les masses et les moments d'inertie des segments squelettiques. La plupart des paramètres de la démarche ont été extraits. En conclusion, nous avons les exigences cinématiques du centre de gravité humain pour générer 6 DOF que la machine d'essai devrait effectuer pour imiter la démarche humaine normale et courir.Trois conceptions ont été proposées pour implanter la machine d'essai; Bras de robot articulé, manipulateur cartésien et Stewart Platform (SP). Après la mise en œuvre des trois solutions, nous avons trouvé la solution la plus appropriée est le SP attaché avec une hanche active artificielle. Nous avons choisi la puissance hydraulique car c'est la technique d'actionnement la plus appropriée pour notre solution, connaissant les forces d'actionnement requises.Pour aider à contrôler le mouvement de SP, une nouvelle solution de modèle géométrique direct pour la planeuse et la plate-forme Stewart 6-6 a été développée en utilisant les capteurs rotatifs au lieu de capteurs de revêtement comme voulu pour les actionneurs hydrauliques. L'analyse de sensibilité a été étudiée pour cette solution, et un calcul analytique pour le calcul de l'espace de travail a également été développé.La conclusion de cette machine d'essai est que nous pouvons créer toute la dynamique du corps humain, c'est-à-dire marcher ou courir ou monter et descendre des escaliers. La solution développée peut porter des procédures d'essai pour la prothèse passive ou active. / The objective of this work is to build a testing machine for prosthesis. The machine should be able to reproduce the same dynamic and kinematics conditions applied on the prosthesis during the normal use.Numbers of amputation, and causes of amputation were collected. Different types of prosthesis were classified according to the leg prosthesis per amputation height, passive and active prosthesis, differentiated by the nature of their actuator. Most of the testing machine for the prosthesis were studied form the technological and capability prospective. Determining all the limitations of most of existing testing machines, and the needs to develop a new machine to full fill these needs were developed.Then we studied and analyzed the dynamics of the human gait and run. The equations of motion by taking into consideration the masses and moments of inertia of skeletal segments. Most of the parameters of gait were extracted. In conclusion, we have the kinematic requirements of the human center of gravity to generate 6 DOF that the testing machine should carry out to emulate the normal human gait and run.Three designs were proposed to implement the testing machine; Articulated robot arm, Cartesian manipulator, and Stewart Platform (SP). After implementing the three solutions we found the most suitable solution is the SP attached with it an artificial active hip. We have chosen the hydraulic power as it is the most suitable actuation technique for our solution knowing the required actuation forces.To help in controlling the SP motion, a novel Closed-form solution of direct Geometric model for planer and 6-6 Stewart Platform using the rotary sensors instead of liner sensors as wanted to the hydraulic actuators was developed. Sensitivity analysis was studied for that solution, and analytical calculation for computing the workspace was also developed.The conclusion from this testing machine is that we can create all the dynamics of the human body, i.e. walking or running or going up and down stairs. The developed solution can carry testing procedures for either passive or active prothesis.

Les matériaux composites sont largement utilisés dans l'industrie automobile comme pièces de structure. Alliant légèreté et bonnes propriétés mécaniques, ils ont remplacé les métaux classiquement adoptés dans la fabrication de moyens de transport. Toutefois, l'emploi des matériaux composites doit tenir compte de leur comportement électromagnétique. En effet, les composites à fibres conductrices, généralement moins conducteurs que les métaux, engendrent une interaction avec les ondes électromagnétiques, différente de celle introduite par les alliages métalliques. Il s'avère donc important de développer des outils de modélisation permettant de mieux appréhender le comportement électromagnétique de matériaux composites, et d'éclairer les changements qu'apportent ces matériaux sur la distribution des champs, provenant d'une multitude de sources externes, au voisinage des systèmes mécatroniques. Par ailleurs, l'étude du comportement électromagnétique de matériaux composites permet de tirer parti de leurs propriétés mécaniques attractives afin d'alléger les boîtiers de blindage en gardant un niveau d'atténuation conforme aux normes de l'industrie. Cependant, la modélisation numérique de structures composites de grande taille, telles que les boîtiers de blindage, bien que classiquement adoptée pour les structures métalliques, est rendue complexe par le fait que les composites présentent des hétérogénéités à l'échelle microscopique, et que leurs mécanismes de blindage diffèrent de ceux des conducteurs homogènes. Le calcul numérique s'avère envisageable une fois le composite remplacé par un matériau homogène ayant une réponse identique face à une sollicitation électromagnétique. Ainsi, au travers de ce travail de thèse, nous proposons une technique d'homogénéisation permettant d'estimer les propriétés électriques équivalentes que nous appliquons aux composites à fibres conductrices unidirectionnelles et tissées. Les résultats obtenus sont utilisés pour la simulation numérique d'un boîtier de blindage. / Composite materials are widely used in the automotive industry as structural components. By combining lightness and robust mechanical properties, they are increasigly replacing the conventionnally used metallic alloys, for the manufacturing of vehicle parts. However, the use of composite materials is not without consequences on the electromagnetic behavior of these parts. Since carbon fiber reinforced composites are generally worse conductors of electricity than metals, they interact differently with the electromagnetic waves which surround them. It is therefore important to develop modeling tools to better understand the electromagnetic behavior of composite materials. This is to explain the changes that these materials bring to the distribution of waves, generated by a multitude of external sources, in the vicinity of mechatronic systems. On the other hand, the study of the electromagnetic behavior of composite materials makes it possible to determine the possibility of taking advantage of their attractive mechanical properties in order to further reduce the weight of electromagnetic shielding enclosures while maintaining a level of attenuation in accordance with the standards of the industry. However, numerical modeling of large composite structures, such as shielding enclosures, although conventionally adopted for metal structures, is hindered by the fact that composites exhibit heterogeneities at the microscopic scale. The numerical calculation becomes possible once the composite is replaced by a homogeneous material that exhibits an identical response to an identical electromagnetic solicitation. In this work, we present a homogenization technique, based on finite element simulation and an optimisation method, that computes an estimate of the equivalent electrical properties of unidirectional and woven fiber reinforced composites. The results are then used to simulate the shielding effectiveness of an enclosure constructed by combining composite materials and metallic alloys.

Le sujet de thèse concerne le développement de l'architecture de contrôle et la génération de trajectoire pour un exosquelette évolutif appelé SOL. Les résultats de l'étude biomédicale ont révélé que la progressivité de la maladie pouvait être résolue par une réadaptation précoce et continue tout au long de la croissance. Ainsi, l'importance de l'utilisation d'un exosquelette a un impact positif puisqu'il sert à la fois à la locomotion et à la réhabilitation. Cependant, les exosquelettes actuels ne peuvent pas être adaptés au changement continu de la biomécanique de l'adolescent tout au long de sa croissance. Par conséquent, le besoin de développer un exosquelette évolutif capable de faire face aux besoins croissants est un sujet interdisciplinaire. L'architecture de contrôle d'un tel dispositif évolutif a été abordée dans cette thèse, à la fois dans les développements matériels et logiciels pour incorporer autant que possible la fonctionnalité d'évolutivité. Les étapes initiales ont été franchies en vue d'atteindre l'objectif d'un exosquelette évolutif, en contribuant à la fois aux développements matériels qui permettent d'apporter d'autres améliorations tout au long de l'avancement du projet, et aux développements du firmware, qui ont répondu aux besoins en matière d'évolutivité au niveau du contrôle.L'extensibilité a également été abordée aux trois niveaux hiérarchiques de contrôle. Plus spécifiquement, une attention particulière a été accordée à la génération des trajectoires de référence de la marche pour une population en croissance. Enfin, grâce à la connaissance de la biomécanique du sujet, le contrôleur développé est capable d’identifier les trajectoires appropriées et injecter les trajectoires de référence des actionneurs de l’exosquelette SOL.Un premier prototype de l'exosquelette est utilisé pour manifester les résultats du générateur de marche évolutionnaire (E.G.G.) proposé. Comme premier prototype, un mouvement de marche libre dans l'air est testé, où la validation du matériel proposé et des boucles de contrôle sont démontrées. L'étude des réponses de contrôle des exosquelettes contre les perturbations externes probables et des scénarios de sécurité en cas de défaillance est encore un travail futur obligatoire avant de réaliser les premiers tests sur l'exosquelette humain. / The thesis' subject concerns the development of the control architecture and the trajectory generation for a scalable exoskeleton called SOL. The biomedical study outcomes revealed that the progressiveness of the disease could be solved by early and continuous rehabilitation throughout the growth. Thus, the importance of using an exoskeleton has a positive impact since it is used to provide locomotion and rehabilitation, at the same time. However, the current exoskeletons cannot be adapted to fit the continuous change of teenager biomechanics throughout his growth. Hence, the need for developing a scalable exoskeleton that can cope with the growing needs is still a challenging topic. Especially, the control architecture of such a scalable device was tackled in this thesis, in both hardware and software developments to incorporate the scalability features. Initiative steps have been passed towards the goal of achieving a scalable exoskeleton, by contributing in hardware developments that allowing further enhancements to be included throughout the advancement of the project. Firmware developments achieved have addressed the scalability needs in terms of control by considering the three hierarchical levels (which are: High, Middle, and low-levels of control). More specifically, a focus was dedicated to the generation of the gait reference trajectories for the growing population. Data were collected from healthy subjects wearing a passive exoskeleton to extract the proper joint trajectories, then, the data were processed to build a gait library to be deployed on the exoskeleton controller. Finally, by knowledge of the subject biomechanics, the controller is able to fetch the proper trajectories and inject the reference trajectories to the SOL's actuators. A first prototype of the exoskeleton is used to manifest the outcomes of the proposed Evolutionary Gait Generator (E.G.G.). As a first prototype, A free walking in air motion is tested, where the validation of the proposed hardware and control loops are demonstrated. Studying the exoskeletons' control responses against probable external disturbances and fail-safe scenarios are still future work mandatory before achieving first human-exoskeleton testing.

La Fabrication Additive (FA) est un procédé de fabrication qui a commencé à se développer dans les années 80 et qui atteint actuellement une maturité qui lui permet d’être utilisé de manière rentable et fonctionnelle par les industriels. La fabrication additive est définie comme étant le procédé de mise en forme d’une pièce par ajout de matière, à l’opposé de la mise en forme traditionnelle par enlèvement de matière (usinage). Cette nouvelle technologie est une réelle révolution et permet de relever de nouveaux défis technologiques sans précédent. Que ce soit sur un axe matériau ou plus largement dans le cadre de l’usine du futur, la fabrication additive est un réel levier de croissance, mais de nombreux travaux de recherche sont encore à mener afin de perfectionner cette nouvelle technologie. C’est autour de cette problématique que les travaux de thèses se sont focalisés avec un accent sur l’intégration de matériaux électroactifs pour la réalisation de fonction mécatronique tirant profit des procédés de Fabrication Additive. Les actions de recherche montrent que la fabrication additive de matériaux électroactifs sera de plus en plus employée pour la réalisation de fonctions mécatroniques hybrides qui combineront à la fois la structure mécanique, des circuits intégrés en silicium, des pistes conductrices et des matériaux couplés imprimés, intégrant ainsi des fonctionnalités, telles que des capteurs, des affichages ou des sources d’énergie. Les travaux montrent le potentiel applicatif autour du contrôle de santé des structures en composites, mais aussi du contrôle de forme d’instrument pour la chirurgie. Pour arriver au développement de ces dispositifs, les points suivants ont été développés autour des matériaux électroactifs et de leurs règles d’intégrations et d’optimisation. / Additive Manufacturing (FA) is a manufacturing process that began to develop in the 1980s and is now mature enough to be used in a cost-effective and functional way by manufacturers. Additive manufacturing is defined as the process of shaping a part by adding material, as opposed to traditional shaping by material removal (machining). This new technology is a real revolution and enables us to meet new unprecedented technological challenges. Whether on a material axis or more widely as part of the plant of the future, additive manufacturing is a real growth driver, but many research work is yet to be conducted to perfect this new technology. It is around this issue that the work of theses focused with a focus on the integration of electroactive materials for the realization of mechatronics function taking advantage of Additive Manufacturing processes. Research shows that additive manufacturing of electroactive materials will be increasingly used for the realization of hybrid mechatronic functions that will combine both the mechanical structure, silicon integrated circuits, conductive tracks and printed coupled materials, integrating as well as features, such as sensors, displays or power sources. The work shows the potential application around the health control of composite structures, but also the instrument shape control for surgery. To arrive at the development of these devices, the following points have been developed around electroactive materials and their integration and optimization rules.

Dans un marché aéronautique en plein essor marqué par une croissance rapide du parc d’avions utilisées à travers le monde, l’optimisation de la maintenance devient une préoccupation pour les avionneurs. Il s’agit de maximiser la disponibilité des aéronefs tout en réduisant les couts directs d’exploitation sans compromis sur la sécurité des hommes et en respectant les contraintes environnementales. Une stratégie possible pour relever ce challenge est de renforcer la capacité à anticiper les défaillances afin de recourir à des actions préventives le plus juste possible sur les composants les plus critiques comme les roulements à billes. La mise en œuvre de processus de Prognostic Health Management (PHM) prend ainsi une part grandissante et le processus de pronostic est considéré comme l’un des principaux leviers d’action. Son déploiement requiert que le comportement du système étudié puisse être observés. Il peut ainsi bénéficier de l’apport des récentes avancées dans le domaine des microsystèmes autonomes en énergie permettant des mesures intelligentes et un transfert de données d’une manière distribuée, sans aucune aide externe. L’association de ses deux champs de recherche mène naturellement vers le roulement intelligent qui pourrait être la transition d’une maintenance programmée à une maintenance prédictive. Cependant les solutions de PHM autour du roulement et le roulement intelligent, ne restent pas moins le fruit de l’évolution des techniques et technologies de surveillance, de récupération d’énergie et de connectivité. C’est dans ce cadre que s’inscrit ce mémoire de thèse par Validation des Acquis de l’Expérience (VAE). Il s’articule en trois parties principales : motivations du VAE, état de l’art autour du roulement mécatronique et exemple de contributions autour de la récupération d’énergie et la communication sans fil à des fins de surveillance. / The aeronautic market is growing and the aircraft fleet size is becoming bigger. Maintenance optimization is a key focus for liner since objectives are to maximize the aircraft availability and to reduce the direct cost of ownership with no compromise on the flight security and safety with respect to environmental standards. To meet this challenge one possible strategy is to apply a PHM approach using the recent advance in the autonomous embedded microsystem field. This PhD work presents some work done around energy harvesting and wireless sensor to enable a smart bearing able to measure the usage and health data from the component in the purpose of predictive mainteance.

La conception des systèmes d'entrainement de bande est étudiée depuis de nombreuses années. Ces systèmes sont très répandus dans l'industrie puisque le conditionnement sous forme de bobines simplifie le traitement de nombreux matériaux tels que le papier, le carton, les polymères, ... Ces systèmes regroupent un grand nombre de difficultés : ils sont de grande dimension, un fort couplage existe entre les grandeurs et de nombreux paramètres varient au cours du temps. La méthode d’optimisation classique consiste à considérer chaque partie du système sans tenir compte des autres. De plus, au sein d'un même sous-ensemble, l’optimisation est réalisée discipline par discipline. Une nouvelle approche est proposée et appliquée à la synthèse de la commande : il s’agit de considérer le système global en prenant en compte la robustesse paramétrique. Ensuite, le choix optimal du tracteur maître et de la technologie d'asservissement de la tension de bane associée sont étudiées. / The design of roll-to-roll systems is studied for several years. This kind of system is very common in industry because the wound roll packaging simplify the treatment of material such as paper, cardboard, polymers, metal ... The studied systems have a high number of difficulties: they are large scale systems, a high coupling between physical values exists and several parameters are time dependent. The classical optimisation method consists in considering separately each subsystem without taking into account interactions. Moreover, the classical optimisation is made for each scientific field. A new approach is developed and applied to controller synthesis: the controllers are synthesized considering the global system with parametric uncertainties. The optimal choice of the master roller position and the technology used to control web tension are then studied.