Dans cette thèse, une planification énergétique pour les véhicules routiers sans conducteur (URV) suractionnés avec une configuration de direction redondante est proposée. En effet, des indicateurs sur la géométrie de la route, la redondance des actionnements, le profil de vitesse optimal et le mode de conduite sont identifiés pour chaque segment de la trajectoire de l'URV. Ainsi, un modèle d'estimation de la consommation d'énergie d'un véhicule à conduite autonome suractivé est développé. Deux méthodes de modélisation de la consommation d'énergie sont considérées. La première méthode est basée sur un modèle analytique de consommation d’énergie prenant en compte le degré de steerabilité, le degré de mobilité et le degré de redondance de l’actionnement. La deuxième méthode utilisée pour la modélisation de la consommation d’énergie repose sur la méthode qualitative d’apprentissage des données, à savoir: le système d’inférence neuro-floue adaptatif (ANFIS). Cette dernière a été prise en compte en cas de présence de paramètres dynamiques inconnus de l'URV et d'incertitudes sur son interaction avec l'environnement. La validation de l'estimation de la consommation d'énergie a été appliquée à un véhicule autonome réel appelé RobuCar. La stratégie de planification énergétique a été élaborée selon deux approches: discrète et continue. L’approche discrète repose sur la construction d’un digraphe d’énergie avec toutes les configurations possibles tenant compte des contraintes cinématiques et dynamiques basées sur une configuration de grille 3D, selon: la vitesse, la longueur de l’arc, le mode de conduite. Dans ce graphe orienté pondéré, les arêtes décrivent l’énergie consommée par l’UAV le long d’un segment de la trajectoire. Un algorithme d'optimisation est appliqué sur le digraphe pour obtenir une solution globale optimale combinant le mode de conduite, la consommation électrique et le profil de vitesse de l'URV. L'approche continue repose sur une stratégie d'optimisation multicritères utilisant des algorithmes génétiques (NSGA-II). Ensuite, un chemin réel est considéré et modélisé en utilisant deux combinaisons géométriques lisses: la première est {lignes, clothoïdes et arcs}, et la seconde est {lignes et courbes de Hodograph de Pythagore}. La stratégie de planification énergétique est ensuite appliquée aux chemins générés. En outre, un graphique dirigé est construit pour synthétiser le profil de vitesse optimal qui minimise la consommation d'énergie globale tout en prenant en compte tous les modes de conduite. Les résultats sont comparés à ceux donnés par la méthode de programmation dynamique pour une optimisation globale hors ligne. / In this thesis, an energy planning for over-actuated unmanned road vehicles (URVs) with redundant steering configuration is proposed. In fact, indicators on the road geometry, the redundancy of actuation, the optimal velocity profile and the driving mode are identified for each segment of the URV's trajectory. Thus, a power consumption estimation model of an over-actuated autonomous driving vehicle is developed. Two methods for power consumption modeling are considered. The first method is based on an analytic model of power consumption, taking into account the degree of steerability, degree of mobility and degree of actuation redundancy. The second method used for power consumption modeling based on data-learning qualitative method namely: Adaptive Neuro Fuzzy Inference System (ANFIS). The latter has been considered in case of the presence of unknown dynamic parameters of the URV and uncertainties about its interaction with the environment. Validation of the estimation of the power consumption has been applied of real autonomous vehicle called RobuCar. Energy planning strategy has been built using two approaches, discrete and continuous. The discrete approach depends on a construction of an energy digraph with all feasible configurations taking into account kinematic and dynamic constraints based on a 3D grid map setup, according to: velocity, arc-length, driving mode. In this weighted directed graph, the edges describe the consumed energy by the UAV along a segment of a trajectory. An optimization algorithm is applied on the digraph to get a global optimal solution combining driving mode, power consumption and velocity profile of the URV. The continuous approach is based on a multi-criteria optimization strategy using genetic algorithms (NSGA-II). Then a real road path is considered and modeled by using two smooth geometrical combinations: the first one is {lines, clothoids and arcs}, and the second one is {lines and Pythagorean Hodograph (PH) curves}. The energy planning strategy is then applied to the generated paths. Also, a directed graph is built to synthesis the optimal velocity profile that minimizes the overall energy consumption while accounting for all driving modes. Results are compared with those given by the dynamic programming method for global offline optimization.

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

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ce travail de recherche est centré sur une proposition pour l'intégration de différents formalismes dans la modélisation soit de modèles de méthodes orientées objets, soit de modèles de systèmes d'information. Pour remplir cet objectif nous avons établi et expérimenté un méta-modèle. Une originalité de notre méta-modèle est son organisation en vues pour décrire des modèles selon des aspects statiques, dynamiques mais aussi semi-formels, formels et informels. Nos propositions sont précédées d'une étude de différents langages et formalismes qui caractérisent les approches actuelles de modélisation. Ce cadre de méta-modélisation est étendu pour favoriser une multi-modélisation de systèmes. D'une manière classique, la multi-modélisation est limitée à l'utilisation de diagrammes complémentaires pour décrire un système. Nous complétons cette forme de multi-modélisation par une étude de relations nécessaires entre différents fragments de modèles décrits avec des formalismes variés : semi-formels, formels ou informels. Pour concrétiser notre proposition nous avons réalisé un premier prototype d'atelier pour illustrer et expérimenter les services que nous attendons d'un atelier de modélisation adapté à des modélisations plus rigoureuses de systèmes d'information. Ce prototype est en réalité un générateur d'ateliers de modélisation basé sur l'utilisation de trois logiciels différents de type générateur d'éditeurs graphiques, générateur d'éditeurs syntaxiques et éditeur paramètre de documents structurés. Notre prototype a été utilisé dans plusieurs situations : méta-modélisation de sous-ensembles des méthodes OMT et OOA, proposition d'un noyau de référentiel de comparaison de modèles de méthodes, multi-modélisation d'un système d'information spécifique (modèle STORM d'applications multimédias) et guidage d'une multi-modélisation au travers d'un canevas standard de dossier de spécifications de systèmes.

Ces travaux de recherche sont axés sur la modélisation et la simulation des tissus mous pour le vivant.<br />Nous avons proposé un nouveau modèle mécanique discret qui permet de simuler des interactions entre objets biologiques ou médicaux, et développé un environnement et des outils logiciels afin de fournir un cadre pour la comparaison et la validation de modèles physiques.<br />Cet environnement a ainsi permis de comparer mon modèle à d'autres approches.<br /><br />Le modèle développé a été utilisé dans différentes problématiques applicatives cliniques et de biologie.<br />En GMCAO il s'agit d'aider le chirurgien ou le praticien dans son diagnostic (étude et simulation des mouvements respiratoires) ou dans son geste (modélisation de la prostate et des gestes de biopsie et de curiethérapie). <br />En biologie cellulaire, il s'agit d'étudier des phénomènes au niveau cellulaire ou de reproduire des expériences de micro-manipulations dont les modèles classiquement utilisés dans ce contexte ne rendent pas bien compte.<br /><br />Ce mémoire peut se décomposer en trois parties : le chapitre 1 présente une introduction générale au sujet de la modélisation des tissus mous pour les GMCAO et la biologie cellulaire ; les chapitres 2 à 5 présentent mes travaux de modélisation et de validation et leurs applications ; enfin, le chapitre 6 présente mes perspectives de recherche.<br />On trouvera en annexe A une synthèse de mes activités dans un CV court.<br />Ces travaux ont donné lieu à des encadrements d'étudiants (annexe B) et à des collaborations scientifiques et cliniques (annexe C).<br />Un résumé de mes contributions ainsi que les publications scientifiques et cliniques les plus significatives sont présentés en annexes D et E.

L'instabilité des cavités souterraines (mines, carrières, tunnels,...) peut induire les mouvements de terrains d'amplitude suffisante pour endommager les bâtiments et les infrastructures en surface. Les méthodes traditionnelles, utilisées dans les pratiques d'ingénieur pour prévoir les déformations dans les structures, sont basées sur les caractéristiques des mouvements de terrain en condition de terrain vierge sans prendre en compte l'effet de la présence des structures en surface. L'objectif de cette thèse est de prédire les déformations des ouvrages en tenant compte de l'influence de l'interaction sol-structure, d'une part ; et d'évaluer la performance d'une solution de protection (tranchée périphérique), d'autre part. Cela a été achevé par la réalisation d'études paramétriques utilisant deux approches complémentaires : une approche expérimentale à l'aide d'un modèle réduit physique 3D sous gravité normale et une modélisation numérique 3D par la méthode des éléments finis. En particulier l'effet d'un certain nombre de paramètres géométriques et mécaniques a pu être investigué dans l'étude de l'interaction sol-structure : la position de la structure par rapport à la cuvette d'affaissement, le poids de la structure et la raideur relative entre le sol et la structure. Concernant l'étude de l'efficacité de tranchées périphériques, l'effet de la position de la structure, de la position de la tranchée vis-à-vis de la structure et de la rigidité de la tranchée a été analysé. Les résultats obtenus ont abouti à une meilleure compréhension du problème d'interaction sol-structure et ont montré l'importance de cet effet qui doit être pris en compte dans l'évaluation de la vulnérabilité du bâti. Le transfert des mouvements du sol à la structure est faible (moins de 2,5%), dans le cas modélisé : structure rigide et interface glissante. Les différents résultats ont permis par ailleurs de mettre en évidence l'efficacité de la tranchée périphérique pour réduire les sollicitations affectant les structures. La tranchée doit être remplie avec un matériau très déformable et surtout placée à une distance de l'ordre d'un mètre de la structure.

L'objectif initial de cette thèse est d'apporter une solution à ce problème en proposant, premièrement, une approche cognitive basée sur le paradigme appelé Belief-Desire-Intention (BDI) pour représenter les processus de prise de décision des acteurs humains, et deuxièmement, une validation de cette approche dans le contexte d'un modèle complet de changement d'usage des sols dans lequel la plupart des facteurs cités ci-dessus sont également simulés. Le résultat de ce travail est une approche générique qui a été validée sur un modèle intégrant le changement d'usage des sols d'une région située dans le Delta du Mékong au Vietnam. Nos contributions principales sont les suivantes : Intégration d'une architecture BDI au sein d'une plateforme de modélisation à base d'agents (GAMA) ; Conception d'un cadre générique baptisé " Multi-Agent Based Land-Use Change " (MAB-LUC) permettant de modéliser et de simuler les changements d'usage des sols en prenant en compte les décisions des agriculteurs ; Proposition d'une solution permettant d'intégrer et d'évaluer les facteurs socio-économiques et environnementaux dans le cadre de la planification agraire et d'intégrer MAB-LUC dans le processus existant proposé par la FAO. Ce travail, au-delà du cas d'étude concernant le Delta du Mékong, a enfin été conçu de façon générique afin que la méthodologie utilisée puisse être généralisée à la modélisation de systèmes socio-écologiques où les facteurs humains doivent être représentés avec précision. / Integrated modeling approaches (multi-simulation, multimodeling, etc.) have proven challenging in practice. The first challenge deals with the technical aspects of coupling different computational or mathematical components. The second challenge lies in the alignment of the semantics of these components so that their integration does make sense, which is particularly critical in pluridisciplinary models. A number of approaches have been proposed in the last 20 years but none of them is really suitable to our context . We propose in this thesis an alternate approach, called co-modeling, which borrows concepts and tools from agent-based modeling, agent-oriented software engineering and multimodel ecologies. Simply speaking, a co-model can be defined as a multi-agent system of models and datasets. Each model or dataset is represented by one or several agents interacting with one another within the context of a larger representation of their — potentially dynamic — environment. The proposed approach does not aim at providing a general solution to the two challenges above, but at providing a framework in which modelers can easily implement their solution or test different coupling solutions. The proposed approach is fully implemented within the GAMA agent-based modeling platform. Its advantages are shown in terms of flexibility, composability and reusability in a number of case studies. The first case study is the dynamic coupling of equation-based and agent-based models to obtain “switching” models dynamically. The second one is the design of a complex integrated model where three formalisms and four modeling approaches have been successfully coupled.

Que ce soit pour des satellites en orbite autour de la terre ou des sondes spatiales explorant le système solaire, l'évolution des technologies de propulsion et de communication amène à une catégorie de véhicules spatiaux dont les appendices (panneaux solaires, antennes...) sont de plus en plus grands et flexibles. Responsable de vibrations structurales, cette flexibilité requiert des lois de commande d'attitude particulières. De plus, elle accroît considérablement la difficulté de modélisation et d'évaluation des paramètres physiques. Ce sujet de recherche s'inscrit dans le projet LABSAT, un satellite de laboratoire conçu à l'Université de Sherbrooke, dont les panneaux solaires sont flexibles et orientables. Par conséquent, ils sont responsables de variations significatives de la dynamique de rotation du satellite. L'analyse de la problématique a mis en évidence trois objectifs principaux: (1) réalisation d'un simulateur haute-fidélité non linéaire de la dynamique d'attitude sur lequel s'appuie (2) le développement d'un modèle linéaire variant en fonction de l'angle [delta] des panneaux solaires servant de support à (3) la conception d'une loi de commande robuste atténuant les vibrations structurales et s'adaptant à l'angle [delta]. Parallèlement à l'accomplissement de ces étapes, ce projet a donné lieu à plusieurs contributions dont les plus importantes sont: (1) la généralisation de l'approche pseudoflexible en considérant n éléments rigides pour la modélisation de panneaux flexibles, (2) la conception d'une démarche d'identification originale, applicable pour des modèles à paramètres variables marginalement stable et (3) une première application de la ([mu]-Mu)-itération auto-séquencée pour la commande d'attitude de satellite flexible. L'enchaînement séquentiel des différentes étapes rend la démarche globale particulièrement difficile et explique l'attention particulière dont elle fait l'objet. Après une étude critique de l'état de l'art, la première partie de ce mémoire analyse en profondeur la théorie des méthodes retenues et documente le développement d'outils théoriques et/ou pratiques comblant les lacunes subsistantes. Dans une seconde partie, l'application de la solution technique au cas simple d'un satellite rigide à paramètre variable permet de valider la démarche avant de la mettre en oeuvre pour LABSAT.

Le fascia est un tissu conjonctif mou présent à plusieurs endroits dans le corps. Selon la littérature, le fascia pourrait jouer un rôle biomécanique au sein du système musculo-squelettique. On croit donc que la dégradation ou des lésions des fascias pourraient être la cause de certains troubles musculo-squelettiques. Il importe donc d'étudier la mécanobiologie de ce tissu in vivo, c'est-à-dire son évolution dans le temps en réponse aux stimuli mécaniques auxquels il est soumis. Pour ce faire, il est nécessaire de trouver un modèle biologique compatible à notre étude. Par le présent projet, on désire procéder à l'examen de la queue de rat comme modèle expérimental pour l'étude mécanobiologique du fascia in vivo. La queue de rat sera considérée comme un modèle expérimental valide si : (1) on démontre théoriquement et/ou expérimentalement qu'il contribue à la biomécanique de la queue; (2) il est possible d'influencer son évolution temporelle par l'application de chargements spécifiques; et (3) on peut identifier ou développer une technique d'analyse permettant d'évaluer cette évolution. L'investigation des deux premiers points a nécessité la modélisation mécanique de la queue de rat à l'aide du logiciel Adams/View. Afin de modéliser et paramétrer judicieusement les composantes de la queue de rat, on a donc : étudié exhaustivement l'anatomie de la queue de rat par la revue littéraire, la dissection et différentes techniques d'imagerie; effectué une revue littéraire sur les dernières avancées scientifiques sur le fascia de même que sur les propriétés mécaniques des différentes structures anatomiques (tissus) de la queue; programmé un traitement d'images pour évaluer l'aire transversale et le bras de levier des structures complexes; développé une méthodologie de tests pour la caractérisation des propriétés mécaniques de la peau et du fascia de la queue de rat. Deux points sur trois ont été validés au cours de ce projet. Le modèle de queue de rat a permis de valider qu'il serait possible de modifier les stimuli mécaniques auxquels le fascia est soumis par blocage et/ou déformation d'une articulation par un appareillage de type Ilizarov. De plus, l'élaboration des tests de traction sur le fascia a permis de confirmer la possibilité d'évaluer l'évolution du fascia en fonction des stimuli mécaniques auxquels il est imposé. En conclusion, le modèle ne démontre pas la contribution du fascia à la biomécanique de la queue puisqu'il ne modélisait que son apport en rigidité longitudinale. Par contre, la modélisation a apporté d'autres hypothèses à propos du rôle joué par le fascia. Un nouveau modèle testant son rôle en cisaillement et en rigidité radiale devra être créé. On conserve donc l'hypothèse que la queue de rat constitue un bon modèle pour l'étude mécanobiologique du fascia in vivo.

Le design des structures en treillis est souvent contrôlé par des charges dynamiques comme le vent, les séismes ou des chocs dus à des ruptures soudaines comme les bris de conducteurs pour un pylône servant au transport d'énergie. Afin d'être en mesure de bien évaluer la réponse de ces structures dans le but d'optimiser leur conception, il faut être en mesure de bien définir les paramètres dynamiques tels que la rigidité et l'amortissement en fonction de la sollicitation. Il semble y avoir un manque de données dans la littérature pour définir ces paramètres. Afin de combler une partie du manque de données sur le sujet et de tester différentes techniques de modélisation en fonction de la sollicitation, une section d'un pylône électrique de 8 m de haut a été érigée au laboratoire et testée en régime d'oscillation libre résultant d'un lâché à plusieurs niveaux d'effort allant de 5 à 100% de la capacité théorique du pylône. Plusieurs modélisations numériques ont aussi été réalisées et comparées aux résultats expérimentaux. Steel lattice structure design is often controlled by dynamic loads such as wind and earthquake or shocks resulting from broken component such as guy cables or conductors. In order to properly evaluate the response of these structures under this type of loads, it is necessary to model accurately the structure. However, there is a lack of data in litterature defining those parameter. As well, the variation of stiffness and damping with the load level is not very well researched. In order to provide additional data and guidance on the modelling techniques to be used for lattice structures, and specifically to evaluate the relation of stiffness and damping with the load level, a 8 m long section of a transmission line tower was erected, pulled at different level of solicitation and brought to free vibration after the load was suddenly released. Numerical modelling were also conduct and compared to experimental results. Clear guidance are provided for practicing engineer interested in the modelling of such structures.