Pour expliquer le succès des individus dans des tâches d'interception d'objets accélérés par la gravité malgré sa faible détection par le système visuel, plusieurs études ont récemment suggéré que la gravité soit internalisée dans un modèle interne de la gravité permettant l'accès au temps de contact (TTC) exact lors de l'interception d'objets en chute libre. Cependant, on peut se demander si certains problèmes méthodologiques et théoriques ne peuvent pas remettre en cause la démonstration de l'existence et l'utilisation effective d'un tel modèle. Le but de ce travail doctoral a été de déterminer de quelle manière notre connaissance de la gravité influence notre perception et nos actions. Pour cela, nous avons conduit six expérimentations issues de trois paradigmes différents, celui des jugements perceptifs, des actions d'interception indirectes et des actions d'interception directes. Les résultats obtenus infirment l'utilisation d'un modèle interne quantitatif de la gravité, et au contraire suggèrent l'utilisation de la gravité comme une connaissance implicite qualitative de la physique, qui aurait pour conséquence de modifier nos jugements perceptifs et nos mouvements d'interception sans permettre de calculer quantitativement les effets de la gravité.

Afin de poursuivre une cible en mouvement, le système nerveux central (SNC) utilise deux types de mouvements oculaires: la poursuite et les saccades. Les saccades sont des mouvements rapides et brefs de redirection de l’axe visuel d’un centre d’intérêt à un autre. La poursuite est un mouvement lent qui tend à maintenir la cible d’intérêt sur la fovéa. La vitesse de l’œil étant toujours inférieure à celle de la cible, une erreur positionnelle entre l’œil et la cible va croître en l’absence de mouvement correctif. Des saccades de rattrapage sont déclenchées par le SNC pour corriger cette erreur. Alors qu’il est largement reconnu que le système de la poursuite utilise un modèle interne du mouvement de la cible pour améliorer ses capacités, la modalité de contrôle de l’amplitude des saccades de rattrapage est sujette à controverse quant au rôle direct d’afférences sensorielles ou d’un modèle interne de la cible en mouvement. Nous avons développé un nouveau paradigme de transition de poursuite oculaire appliqué à l’Homme sain, dans lequel la cible change de manière imprévisible d’un profil de vitesse non constant périodique à un profil de vitesse non constant apériodique. Nos résultats confirment que le SNC utilise un modèle interne de la cible en mouvement pour contrôler l’amplitude des saccades de rattrapage. Ce modèle se construit progressivement à partir de 168 millisecondes après le changement de profil de vitesse et est utilisé conjointement par les systèmes de la poursuite et saccadique. Le substrat neuronal potentiel de ce modèle interne sera discuté à la lumière des connaissances issues de la littérature concernant le contrôle moteur et oculomoteur. / Two types of eye movements are combined while tracking a moving object: smooth pursuit and saccades. Saccades are rapid redirections of the visual axis between two centers of interest. Because pursuit gain is smaller than one, the eye would increasingly lag behind the target without any correcting movements. Thus, “catch-up saccades” are triggered by the central nervous system (CNS) to cancel this growing position error between the eye and the target. It is widely accepted that an internal model of target motion is used by the CNS to cancel inherent delays between visual input and smooth pursuit motor output, ensuring accurate tracking of moving targets. The amplitude of catch-up saccades triggered during smooth pursuit could be corrected by a delayed sensory signal to account for the ongoing target displacement during catch-up saccades. Yet, recent studies suggested that the correction of catch-up saccade amplitude must also be done through an internal model of target motion. We developed a new paradigm in which the target switches unexpectedly from one target with a non-constant periodic velocity profile to another with a non-constant aperiodic velocity profile. Our results in healthy humans confirm that the CNS uses an internal model of target motion to correct catch-up saccade amplitude. Internal model is being built gradually from 168 ms after the target switch. We show that a common internal model of target motion is shared within the CNS to control smooth pursuit and to correct catch-up saccade amplitude. The potential neuronal substrate of such an internal model will be discussed in the light of the knowledge from the literature on motor and oculomotor control.

Le nombre de degrés de liberté à contrôler dans un système d'optique adaptative (OA) passe de quelques centaines pour les grands télescopes actuels à plusieurs milliers prévus sur les futurs télescopes de 30 à 100 mètres de diamètre. La méthode de commande de cette OA doit être repensée à la fois pour être en adéquation avec les nouveaux critères de performance et pour pouvoir estimer un si grand nombre de paramètres en temps réel. Je montre d'abord qu'il est possible d'améliorer l'estimation de la déformation de la surface d'onde, d'un facteur 2 sur la variance de l'erreur, en tenant compte de connaissances a priori sur la statistique de la turbulence atmosphérique et ce, tout en utilisant un algorithme rapide adapté aux grands systèmes. Ensuite, l'optimisation d'un critère en boucle fermée me conduit à une commande optimale par modèle interne, applicable en temps réel sur un télescope hectométrique grâce à l'algorithme rapide cité précédemment. La robustesse de cette nouvelle méthode de commande a enfin été éprouvée sur un simulateur complet d'OA et ses performances ont été comparées à d'autres approches.

L'objectif principal de ce travail a été de développer des solutions pour le contrôle de la distribution de la taille des particules (DTP) lors d'un procédé de polymérisation en émulsion. La DTP affecte les propriétés rhéologiques, et optiques du polymère ou encore sa stabilité. Pour ces raisons la DTP apparaît comme une caractéristique importante à contrôler. Le modèle décrivant l'évolution de la DTP est régi par des équations aux dérivées partielles (EDP) non linéaires. L'étude numérique du modèle a permis de dresser un modèle de commande. Deux types de stratégie de commande prédictive par modèle interne ont été définis, l'une basée sur un modèle de commande non linéaire et l'autre basée sur un modèle linéaire temps variant. La DTP étant difficilement mesurable en ligne, notre choix s'est porté vers d'autres mesures, les concentrations de tensioactif libre et de monomère. Il a été possible de définir des profils de concentration afin d'obtenir un produit final avec une DTP spécifique. Les résultats de simulations ont montré la faisabilité de cette approche.

Le contrôle des moteurs à allumage commandé est devenu capital pour satisfaire la législation sur les émissions polluantes tout en garantissant un bon agrément de conduite et une consommation réduite. <br /><br />Le downsizing, c'est-à-dire la réduction de la cylindrée du moteur, est une des voies prometteuses pour réduire la consommation de carburant et les émissions de CO2 qui en découlent. Combinant plusieurs technologies existantes telles que la turbocompression et la distribution variable, le downsizing est un exemple typique des problèmes rencontrés dans le contrôle des motorisations : systèmes non linéaires avec saturations d'actionneurs ; nombreuses grandeurs physiques importantes non mesurables ; temps de calcul limité ; objectifs du contrôle (consommation, pollution, performance) souvent concurrents.<br /><br />Une démarche de modélisation et de contrôle à base de modèle (par modèle interne et prédictif) pour ces systèmes est alors proposée et appliquée au contrôle de la chaîne d'air du moteur à essence à cylindrée réduite. Des estimateurs, physiques et génériques, sont construits pour la masse d'air dans le cylindre, la masse de gaz brûlés résiduels et la masse d'air balayé de l'admission vers l'échappement. L'architecture complète et générique du contrôle en couple pour le moteur à allumage commandé turbocompressé à déphaseurs d'arbre à cames a été testée en simulation puis expérimentalement (sur moteur et véhicule).<br />Ces essais ont alors montré que de nouvelles possibilités étaient offertes pour diminuer les émissions polluantes et optimiser le rendement du moteur.

Cette thèse s'intéresse à la construction du Concept de Soi (CDS) en situation d'enseignement d'Education Physique et Sportive (EPS). L'objectif de ce travail doctoral est de mettre en évidence différents antécédents du CDS mais également d'envisager le rôle que joue le CDS dans sa propre formation et évolution. La théorie de la vérification de soi (Swann, 1990) insiste en effet sur le rôle actif du CDS dans le maintien et la recherche de stabilité des visions de soi au cours du temps. Dans une série de 6 études, nous envisageons différents modèles de la formation du CDS développés en contexte scolaire (i.e., modèle d'ordre causal, modèle Interne/Externe, modèle « Gros poisson – Petit Bassin », travaux sur les choix de cibles de comparaison) dans une matière physique et « secondaire », l'EPS. Plusieurs modulateurs des différentes antécédents du CDS relatifs à ces modèles sont également envisagés (e.g., le sexe de l'élève, le niveau de pratique, le degré d'autodétermination de l'élève). Enfin, les postulats de la théorie de la vérification de soi sont interrogés au regard de l'influence du CDS de l'élève sur (1) les perceptions des autrui significatifs (i.e., l'enseignant), (2) le traitement et la perception des feedback reçus, et (3) l'utilisation des stratégies de présentation de soi, dès lors que la situation met en danger la stabilité de ce construit.

L'efficacité du système visuel est permise par un complexe réseau d'élaboration, qui s'appuie sur des structures corticales, sous-corticales et périphériques. Le but de la présente recherche est de mieux comprendre le processus de perception visuelle du mouvement, et réaliser un modèle computationnel capable de reproduire les fonctionnalités humaines du tracking (suivi) d'un objet en mouvement. Ce travail de thèse comprend une ample recherche bibliographique, ainsi qu'une série d'expérimentations ; la thèse se compose de deux parties :La première partie a pour objet la détermination des performances dans l'inférence " vers le passé ", d'un mouvement partiellement visible. Il s'agit de définir l'implication des informations exogènes (les signaux rétiniens) et endogènes (les modèles internes de l'action observée) dans la reconstruction de la cinématique d'une cible en mouvement et partiellement occultée. Nos résultats supportent l'hypothèse que le Système Nerveux Central adopte un mécanisme basé sur le recours aux modèles internes dans la reconstruction du passé de cinématiques biologiques. La deuxième partie complémente la première, et vise à identifier la structure et les caractéristiques fonctionnelles du système de poursuite, ainsi que à comprendre l'origine des erreurs systématiques présentes dans la localisation d'une cible chez l'homme. Nous avons développé un modèle computationnel en langage Matlab, basé sur le mécanisme d'extrapolation du mouvement, qui est capable de reproduire les données expérimentales dans la tâche de localisation

Mes travaux se situent dans les thématiques de la modélisation et de l'optimisation des systèmes de communication sans fil utilisés notamment dans les applications domotiques. Dans ce domaine, la communication par impulsion radio Ultra Large Bande (UWB-IR) est considérée comme une solution d'implémentation prometteuse, notamment pour les réseaux de capteurs, les applications de détection et de localisation. L'UWB offre un potentiel important aussi bien en termes de coût d'implémentation et de la faible consommation d'énergie que de sa bonne résolution temporelle et sa capacité de coexister avec les systèmes à bande étroite. Cependant, le processus de synchronisation constitue encore un verrou important qui doit être levé, pour permettre aux systèmes de transmission UWB d'atteindre un niveau de qualité (en terme BER) désiré. L'objectif de cette thèse est de développer des méthodes de contrôle de synchronisation permettant d'optimiser la qualité de transmission des signaux ULB. Il s'agit d'étudier la possibilité d'augmenter la précision de synchronisation dans la partie poursuite.

La gravité est omniprésente et affecte la dynamique de tous les mouvements que nous réalisons au quotidien. Variant de moins de 1% sur la surface terrestre, la force d’attraction gravitationnelle (9.81 m/s2) est actrice de l’évolution de toute espèce vivante. Grâce à un système sensoriel performant, les conséquences des effets de la gravité sur nos mouvements sont mémorisées sous la forme de représentations internes. Pour éviter d’être tributaires des délais temporels contraignants des signaux afférents du système sensoriel (trop longs si le mouvement doit être réalisé en urgence), l’individu agit de façon proactive en utilisant des modèles internes adaptés qu’il a notamment élaborés au cours de son expérience passée. Ces modèles sont utilisés essentiellement au cours d’une phase de planification motrice durant laquelle une commande motrice est définie pour initier l’action. La connaissance antérieure de notre système biomécanique et de notre environnement détermine donc l’ensemble des modèles internes de chaque individu. Cependant, à l’état initial, les retours sensoriels peuvent aussi être utilisés pour élaborer une stratégie motrice optimale. Pour anticiper au mieux les effets de la gravité, le rôle de ces informations initiales issues de feedback sensoriel reste encore à approfondir. C’est au cours de ces travaux de thèse que nous avons mis en évidence l’importance de ces informations avant l’exécution du mouvement. Une fois disponible (~100ms après le début du mouvement), les retours sensoriels disponibles sont alors intégrés aux modèles internes pour permettre un monitoring de la tâche motrice et éventuellement ajuster la stratégie au cours du mouvement. Ils sont d’autant plus utiles lorsque l’individu fait face à un nouveau contexte dynamique. En effet, l’individu va se fier davantage aux informations issues du système sensorimoteur, étant donné qu’il ne dispose d’aucun modèle interne adapté. C’est au cours d’une phase d’apprentissage que de nouveaux modèles internes vont être établis. Les facteurs qui permettent un apprentissage sont multivariés et dépendent du système sensoriel de chaque individu. Nous avons montré que lorsque tous les systèmes sensoriels subissent les effets d’un nouvel environnement gravito-inertiel, l’apprentissage était facilité. Ce résultat contraste avec le manque d’adaptation – voire les interférences – parfois observés lors d’apprentissages de tâches beaucoup plus simples. Tous ces mécanismes observables au niveau comportemental sont traités dans le cortex cérébral, et la prise en compte puis l’encodage des effets de la gravité sont effectués dans des aires cérébrales spécifiques. Si elles forment le réseau visuel vestibulaire lorsqu’il s’agit de prédire les effets de la gravité appliqués à des objets extérieurs, nous avons voulu savoir si le même réseau fonctionnel était responsable du traitement de la gravité lorsqu’il s’agissait de la production d’un mouvement. Nous avons mis en évidence que le cortex insulaire est le siège de ce réseau vestibulaire. Ainsi, grâce à une étude d’imagerie mentale qui n’induit pas de mouvement, nous avons également pu observer des différences de circuiterie au sein même de l’insula lorsque des informations gravitaires utiles fournies par les capteurs sensoriels, en particulier proprioceptifs, sont transmises (phase d’exécution), ou non (phase de planification du mouvement) au cerveau. / Gravity is immutable, ubiquitous and affects the dynamic of our daily movements. The gravitational attraction (9.81 m / s2) which varies less than 1% of the earth's surface, is an actress of the evolution of all living species. Thanks to an efficient sensorimotor system, the dynamical consequences of the effects of gravity on our movements are stored as internal representations. To circumvent the time delays of the afferent signals coming from the sensorimotor system (too long to plan quick movements), the Central Nervous System (CNS) acts in a proactive fashion by using suitable internal models developed during our past experiences. These models are mainly used during the motor planning to provide a motor command to initiate the action. Prior knowledge of our biomechanical system and our environment therefore characterizes the diversity of internal models of each individual. However, before movement’s execution, sensory feedback can also be used to develop an optimal strategy of the motor task. The role of this initial information coming from the sensory feedback to anticipate the effects of gravity remains to deepen. During this thesis, we have highlighted the critical role of the initial information to plan a movement. Once available (~ 100 ms after the beginning of the movement), the sensory feedback is then integrated into internal models to control the motor task and if it is necessary, to adjust the strategy during movement execution. The initial information is especially useful when we have to deal with a new dynamical context. Indeed, the CNS will much more rely on this information coming from the sensorimotor system, given that no internal model related to the unusual context has still been developed. During a learning phase new internal models will be established. The parameters which allow learning are various and depend on the sensorimotor system of each individual. We have shown that when all the sensory systems are affected by the effects of a new gravito-inertial environment, learning was facilitated. This result contrasts with the lack of adaptation - or interference - sometimes observed during learning tasks much easier. All these mechanisms observed at a behavioral stage are processed in the cerebral cortex, and the integration and encoding of the effects of gravity are processed in specific brain areas. In particular, concerning external objects, the vestibular network is engaged to predict the effects of gravity. Thus, we wanted to know if the same functional network was responsible of the processing of the dynamical constraints of gravity during movement’s execution. We have shown that the insular cortex, which is the core region of the visual vestibular system, plays an important role. Then, by using mental imagery paradigm that does not induce movement, we also observed differences in the circuitry within the insula when gravity-relevant signals related to movement’s execution are transmitted or not to the brain.

L’efficacité du système visuel est permise par un complexe réseau d’élaboration, qui s’appuie sur des structures corticales, sous-corticales et périphériques. Le but de la présente recherche est de mieux comprendre le processus de perception visuelle du mouvement, et réaliser un modèle computationnel capable de reproduire les fonctionnalités humaines du tracking (suivi) d'un objet en mouvement. Ce travail de thèse comprend une ample recherche bibliographique, ainsi qu’une série d’expérimentations ; la thèse se compose de deux parties :La première partie a pour objet la détermination des performances dans l’inférence « vers le passé », d’un mouvement partiellement visible. Il s’agit de définir l’implication des informations exogènes (les signaux rétiniens) et endogènes (les modèles internes de l’action observée) dans la reconstruction de la cinématique d’une cible en mouvement et partiellement occultée. Nos résultats supportent l’hypothèse que le Système Nerveux Central adopte un mécanisme basé sur le recours aux modèles internes dans la reconstruction du passé de cinématiques biologiques. La deuxième partie complémente la première, et vise à identifier la structure et les caractéristiques fonctionnelles du système de poursuite, ainsi que à comprendre l’origine des erreurs systématiques présentes dans la localisation d’une cible chez l’homme. Nous avons développé un modèle computationnel en langage Matlab, basé sur le mécanisme d’extrapolation du mouvement, qui est capable de reproduire les données expérimentales dans la tâche de localisation / The effectiveness of the visual system is permitted by a complex processing network, which relies on cortical, sub-cortical and peripheral structures. The purpose of this research is to improve the knowledge of the process sustaining the visual perception of motion, and to produce a computational model able to reproduce the features of human visual tracking of a moving object.This work includes an extensive bibliographic research, and a series of experiments. The thesis consists of two parts:The first part pertains to the determination of performance in the "backward" inference of a partially visible movement. It consist of defining the involvement of exogenous information (retinal signals) and endogenous information (internal models of observed action) in the kinematic reconstruction of a partially hidden trajectory of a moving target. Our results support the hypothesis that the CNS adopts a mechanism based on the use of internal models in the reconstruction of past biological kinematics.The second part complements the first one, and aims to identify the structure and the functional characteristics of the tracking system; it also aims to understand the origin of systematic errors present in the location of a target, in humans.We developed a computational model in Matlab, based on the extrapolation mechanism of movement, which is capable of reproducing the experimental data for the localization task