Le feu est à la cause des pertes en vies humaines et des dégâts matériels considérables. En cas d’incendie dans un système fermé tel que les bâtiments, navires, ou avions, un feu doit être compartimenté et sa propagation restreinte afin de sauver des vies et des biens en laissant le temps aux personnes d’évacuer. Afin d’y arriver, une barrière de feu ayant une très faible inflammabilité qui limiterait la propagation du feu doit être conçu et assemblé. L’objective de ce travail de thèse est de fournir les bases fondamentales pour la conception de barrières feu efficace quand ils subissent une contrainte thermique. En se basant sur la compréhension du comportement au feu de matériaux de références c.-à-d. le silicate de calcium, la mousse de mullite à cellules fermées, la mousse phénolique, et un revêtement intumescent à base de silicone, des tests feux avec un flux radiant externe basé sur la norme ISO 5660 du cône calorimètre sont effectués. En parallèle, des modèles numériques sont développés afin de prédire le comportement au feu de ces barrières feu. Leurs domaines d’application ainsi que leurs limites sont expliqués. Les propriétés physiques d’entrées requises pour alimenter les modèles sont obtenus soit par mesure directe par analyse thermique, soit de la littérature. Par ailleurs, des études de sensibilité sont effectués afin d’identifier les paramètres essentiels qui contrôlent le comportement au feu des matériaux de référence. Les modèles numériques sont ensuite appliqués à la conceptualisation de nouvelles barrières feu grâce à la méthodologie basée sur le "performance-based design" ainsi que l’optimisation. Enfin, après les étapes de conception et les études de sensibilité, les règles fondamentales sur la conceptualisation de barrières de feu pour un scenario feu précis en accord avec des normes définies sont énoncées. / Fire causes injuries, the loss of lives and property. In the case of a fire in an enclosed system such as buildings, naval ships or aircraft, the fire should be compartmentalized and restricted from spreading from one point to another in order to save lives and property as well as give people enough time to evacuate. To accomplish this, fire barriers exhibiting low flammability and limiting fire spread need to be designed and assembled. The aim of this PhD is to provide with the fundamentals on how to design efficient fire barriers when subjected to a thermal stress. Based on understanding the fire behavior of selected reference fire retardant materials i.e. calcium silicate, closed-cell mullite foam, phenolic foam and a silicone-based intumescent coating, fire tests using the external radiant heat flux from the ISO 5660 cone calorimeter are conducted. At the same time, numerical models are developed to predict the fire behavior of these fire barriers and their applicability as well as limitations are explained. The input materials properties to run the numerical models are obtained from both direct measurements and from the literature. In addition, sensitivity studies are conducted in order to identify the governing parameters that control the fire behavior of the reference fire resistant materials. The numerical models are then used for the conceptualization of innovative fire safe materials based on the performance-based design process and optimization. Finally, based on the sensitivity studies and the conceptualization process, fundamental rules on how to make an efficient fire barrier in order to meet certain requirements in a given fire scenario are clearly stated.

Cette étude est hébergée par un programme hospitalier de recherche clinique. L'objectif était de développer un outil d'évaluation de la motricité de la main pour caractériser la réorganisation motrice associée à la restauration d'une paralysie radiale (technique de Tsugé). Nous avons montré que la minimisation des moments secondaires était un principe biomécanique robuste pour expliquer les interactions biomécaniques entre les doigts. Ce principe reste toutefois à mieux explorer en extension. L'utilisation du modèle biomécanique a montré la nécessité d'inclure l'équilibre du poignet dans la procédure. L'analyse de la réorganisation motrice montre la redistribution dynamique des tensions des tendons et la mise en place de co-contraction. L'ensemble de cette démarche ouvre des perspectives d'analyse de la motricité de la main intéressantes.

Le travail présenté dans cette thèse est divisé en deux parties. Dans la première partie, un modèle pour la représentation unifiée de problèmes d'optimisation numérique est proposé. Ce modèle permet de définir un problème d'optimisation indépendamment de la stratégie utilisée pour le résoudre. Cette représentation unifiée est particulièrement appréciable en robotique où une solution analytique des problèmes est rarement possible. La seconde partie traite de l'exécution de mouvements complexes asservis sur un robot humanoïde. Lors de la locomotion d'un tel système, les glissements des points de contact entraînent une dérive qu'il est nécessaire de corriger. Nous proposons ici un modèle permettant d'asservir une tâche de locomotion sur un capteur externe afin de compenser les erreurs d'exécution des mouvements. Un modèle est également proposé permettant de représenter des séquences de tâches de locomotion et de manipulation asservies. Enfin, une méthodologie pour le développement d'applications robotiques complexes est établie. Les stratégies proposées dans le cadre de cette thèse ont été validées sur la plate-forme expérimentale HRP-2. / The presented work is divided into two parts. In the first one, an unified computer representation for numerical optimization problems is proposed. This model allows to define problems independently from the algorithm used to solve it. This unified model is particularly interesting in robotics where exact solutions are difficult to find. The second part is dealing with complex trajectory execution on humanoid robots with sensor feedback. When a biped robots walks, contact points often slip producing a drift which is necessary to compensate. We propose here a closed-loop control scheme allowing the use of sensor feedback to cancel execution errors. To finish, a method for the the development of complex robotics application is detailed. This thesis contributions have been implemented on the HRP-2 humanoid robot.

Dans le contexte de la vision par ordinateur cette thèse étudie le problème d’appariement d’images dans le cadre de la télédétection pour la géologie. Plus précisément, nous disposons dans ce travail de deux images de la même scène géographique, mais acquises à partir de deux points de vue différents et éventuellement à un autre moment. La tâche d’appariement est d'associer à chaque pixel de la première image un pixel de la seconde image.Bien que ce problème soit relativement facile pour les êtres humains, il reste difficile à résoudre par un ordinateur. De nombreuses approches pour traiter cette tâche ont été proposées. Les techniques les plus prometteuses formulent la tâche comme un problème d'optimisation numérique. Malheureusement, le nombre d'inconnues ainsi que la nature de la fonction à optimiser rendent ce problème extrêmement difficile à résoudre. Cette thèse étudie deux approches avec un schéma multi-échelle pour résoudre le problème numérique sous-jacent / This thesis studies the computer vision problem of image registration in the context of geological remote sensing surveys. More precisely we dispose in this work of two images picturing the same geographical scene but acquired from two different view points and possibly at a different time. The task of registration is to associate to each pixel of the first image its counterpart in the second image.While this problem is relatively easy for human-beings, it remains an open problem to solve it with a computer. Numerous approaches to address this task have been proposed. The most promising techniques formulate the task as a numerical optimization problem. Unfortunately, the number of unknowns along with the nature of the objective function make the optimization problem extremely difficult to solve. This thesis investigates two approaches along with a coarsening scheme to solve the underlying numerical problem

Le travail présenté dans cette thèse est divisé en deux parties. Dans la première partie, un modèle pour la représentation unifiée de problèmes d'optimisation numérique est proposé. Ce modèle permet de définir un problème d'optimisation indépendamment de la stratégie utilisée pour le résoudre. Cette représentation unifiée est particulièrement appréciable en robotique où une solution analytique des problèmes est rarement possible. La seconde partie traite de l'exécution de mouvements complexes asservis sur un robot humanoïde. Lors de la locomotion d'un tel système, les glissements des points de contact entraînent une dérive qu'il est nécessaire de corriger. Nous proposons ici un modèle permettant d'asservir une tâche de locomotion sur un capteur externe afin de compenser les erreurs d'exécution des mouvements. Un modèle est également proposé permettant de représenter des séquences de tâches de locomotion et de manipulation asservies. Enfin, une méthodologie pour le développement d'applications robotiques complexes est établie. Les stratégies proposées dans le cadre de cette thèse ont été validées sur la plate-forme expérimentale HRP-2.

Le travail présenté dans cette thèse est divisé en deux parties. Dans la première partie, un modèle pour la représentation unifiée de problèmes d'optimisation numérique est proposé. Ce modèle permet de définir un problème d'optimisation indépendamment de la stratégie utilisée pour le résoudre. Cette représentation unifiée est particulièrement appréciable en robotique où une solution analytique des problèmes est rarement possible. La seconde partie traite de l'exécution de mouvements complexes asservis sur un robot humanoïde. Lors de la locomotion d'un tel système, les glissements des points de contact entraînent une dérive qu'il est nécessaire de corriger. Nous proposons ici un modèle permettant d'asservir une tâche de locomotion sur un capteur externe afin de compenser les erreurs d'exécution des mouvements. Un modèle est également proposé permettant de représenter des séquences de tâches de locomotion et de manipulation asservies. Enfin, une méthodologie pour le développement d'applications robotiques complexes est établie. Les stratégies proposées dans le cadre de cette thèse ont été validées sur la plate-forme expérimentale HRP-2.

La modélisation de la dynamique épidémiologique des ascomycètes parasites des arbres fruitiers présente deux aspects très importants : l’évaluation de la quantité d'inoculum et de son évolution, et l’identification des évènements climatiques donnant lieu à une contamination. Le travail présenté aborde ces deux aspects au travers de deux exemples : la tavelure du pommier, et la maladie de l’œil de paon de l’olivier, parasites majeurs pour les filières concernées.L’acquisition des connaissances sur la biologie des deux maladies a été abordée uniquement sur la base de données acquises sur le terrain, ce qui est original car généralement les modèles ont été réalisés sur la base de connaissances établies en conditions contrôlées.Dans le cas de Venturia inaequalis, agent de la tavelure du pommier, la vitesse de développement journalier de l’inoculum a été établie par optimisation numérique, sur la base d’observations réalisées en Provence. Un modèle de dynamique de projection des ascospores incluant la suspension de l’évolution de l’inoculum primaire lors des périodes sèches a été réalisé puis validé sur un jeu de données indépendantes. La transposabilité du modèle a été ensuite étudiée pour une autre région (Aquitaine). Dans le cas de Fusicladium oleagineum, agent de la maladie de l’oeil de paon, les conditions de contamination ont été établies en fonction de la température et de l’hygrométrie, d’une part par la réalisation d’un abaque sur la base de points sélectionnés par dires d’expert, et d’autre part de façon automatique à l’aide d’un système par apprentissage (réseau de neurones). Un modèle, liant la température moyenne après la contamination à l’apparition des symptômes a été ensuite réalisé. / Apple scab, caused by Venturia inaequalis, and peacoq leaf spot, cause by Fusicladiumoleagineum, are key diseases respectively for apple and olive growers. These disease usuallyrequire a large number of treatments. Adequate protection need a good evaluation ofquantitative disponibility of inoculum, and estimation of infection conditions.In this thesis, these two problems were studied using only field data. This is an originalaprroach to obtain knowledge about biology of fungi : most previous works were realised byregression of laboratory data obtained under controled conditions.In the case of Venturia inaequalis, primary inoculum consists of pseudothecia present in leaflitter. Treatments agains ascospore release period is the cornerstone of the strategy againstapple scab. However, the existing forecasting models are not reliable, and are all based ondegree-day time scale, proposed in 1982.Here, using a corpus of data acquired between 1996 and 2013, including observations ofascospore release and weather data, we assessed the daily rate of development of primaryinoculum by fitting generic new time scale functions. Further improvements were then studiedto take into account elements reported in litterature about the incidence of rain or wetness.Different methods were tested and adapted for the parameterisation of models by numericaloptimisation. Some forcasting models were proposed and adapted to the area where the studywas conducted, with parameters including rain and temperature. The validity was tested, andfurther developements of the forecasting tool was then proposed.In the case of Fusicladium oleagineum, a field-operational model predicting disease outbreakswas established as a function of temperature and relative humidity. First with the help ofpoints selected by experts, Secondly automaticaly using a neural network. A model defininglatent period as a function of average temperature after contamination was then realised.

Un des défis majeurs auquel la communauté de la nano-optique aura à répondre dans les années à venir sera de concentrer l'énergie lumineuse à l'échelle du nanomètre de façon à créer une nanosource optique ou thermique intense à même d'alimenter de futurs dispositifs. Les nanoparticules métalliques, supportant une résonance plasmon de surface, sont idéales pour de telles applications. Dans ce contexte, cette thèse a pour vocation d'apporter un élément de réponse aux problématiques d'optimisation thermique aux échelles nanométriques et de proposer une nouvelle technique de nanothermométrie. A l'aide de simulations numériques, nous avons pu mettre en évidence les propriétés de génération de chaleur des nitrures de titane et de zirconium, dépassant celle de l'or, qui en font alors des matériaux de choix pour concevoir et fabriquer des nanosources thermiques dans le visible. Nous avons également obtenu une morphologie de particules induisant un échauffement maximal pour une longueur d'onde donnée : une nanoétoile à trois branches. Nous avons ensuite fabriqué des nanostructures d'or par lithographie électronique afin de les caractériser par holographie photothermique. En utilisant les deux types d'informations accessibles avec cette technique, l'amplitude et la phase optique, nous nous sommes alors efforcés à quantifier l'élévation de température de nanobâtonnets d'or. L'holographie photothermique d'amplitude a permis d'obtenir des mesures de température semi-quantitatives et, la technique de phase, encore préliminaire, se révèle intéressante et innovante pour étudier les propriétés thermoplasmoniques de nanostructures plasmoniques. / Focusing light on the nanoscale in order to create intense optical or thermal nanosources is probably the main challenge facing the nano-optics community, in order to power up future devices. Metallic nanoparticles and their surface plasmon resonance are ideal optical or thermal nanosources.In this context, this thesis aims at providing a possible solution to the issues of thermal optimization at the nanoscale and nanothermometry.By carrying out numerical simulations, we were able to highlight the heat generation properties of titanium and zirconium nitrides, exceeding those of gold, which make them ideally suited in order to conceive and fabricate heat nanosources in the visible. We also managed to obtain a particle morphology inducing a maximum heating at a given wavelength : a three-branchs nanostar.We fabricated gold nanostructures by e-beam lithography in order to characterize them with photothermal holography. By exploiting the two kind of informations available with this far-field optical technique, the amplitude and the optical phase, we strove to quantify the temperature variations of gold nanorods. The photothermal holography setup based on amplitude delivered semi-quantitative temperature measurements, and the phase based-technique, still at a preliminary stage of developpement, proves to be a new and promising tool for the study of optical and thermal properties of plasmonic nanostructures.

Un robot bipède doit pouvoir marcher en toute sécurité dans une foule. Pour cela, il faut prendre en compte deux aspects : l’équilibre et l'évitement des collisions. Maintenir l’équilibre implique d'éviter les défaillances dynamiques et cinématiques de la dynamique instable du robot. Pour ce qui est de l’évitement des collisions, il s’agit d’éviter le contact entre le robot et des individus. Nous voulons être capables de satisfaire ces deux contraintes simultanément, à l’instant présent mais aussi dans le futur. Nous pouvons assurer l’équilibre du robot indéfiniment en le faisant entrer dans un cycle limite de marche ou en le faisant s’arrêter après quelques pas. Néanmoins, une telle garantie pour l’évitement d’obstacle n’est pas possible pour plusieurs raisons : impossibilité de connaître de manière absolue la direction vers laquelle les individus se dirigent, limitations cinématiques et dynamiques du robot, mouvement adverse de la foule, etc. Nous traitons ces limitations avec une stratégie standard de navigation dans une foule, appelée passive safety, qui nous permet de formuler une loi de commande prédictive avec laquelle nous assurons l’équilibre et l'évitement des collisions, de manière unifiée, en faisant s’arrêter le robot de manière sécurisée et en temps fini. De plus, nous définissons une nouvelle stratégie de navigation sûre basée sur le principe d’évitement des collisions aussi longtemps que possible, qui a la propriété de minimiser leur apparition et sévérité. Nous proposons une formulation lexicographique qui synthétise des mouvements conformes à ce principe. Nous augmentons les degrés de liberté de la locomotion d’un robot bipède en permettant la variation de l’orientation et de la durée des pas en ligne. Cependant, cela introduit des non-linéarités dans les contraintes de nos problèmes d’optimisation. Nous faisons des approximations de ces contraintes non-linéaires avec des contraintes linéaires sûres de sorte que la satisfaction des secondes implique la satisfaction des premières. Nous proposons une nouvelle méthode de résolution des problèmes non-linéaires (Optimisation Quadratique Successive Sûre) qui assure la faisabilité des itérations de Newton en utilisant cette redéfinition des contraintes. Nous simulons la marche d’un robot bipède dans une foule pour évaluer la performance de nos lois des commandes. D’une part, nous réussissons à réduire (statistiquement) la quantité et la sévérité des collisions en comparaison avec la méthode de passive safety, spécialement dans les conditions d’incertitude de la marche du robot dans une foule. D’autre part, nous montrons des exemples de comportements typiques du robot, qui découlent de la liberté de choisir l’orientation et la durée des pas. Nous rapportons le coût de calcul de notre méthode de résolution des problèmes non-linéaires en comparaison avec une méthode standard. Nous montrons qu’une seule itération de Newton est nécessaire pour arriver à une solution faisable, mais que le coût de calcul dépend du nombre de factorisations de l’active set dont nous avons besoin pour arriver à l’active set optimal. / We want a biped robot to walk safely in a crowd. This involves two aspects: balance and collision avoidance. The first implies avoiding kinematic and dynamical failures of the unstable walking dynamics of the robot; the second refers to avoiding collisions with people. We want to be able to solve both problems not only now but also in the future. We can ensure balance indefinitely by entering in a cyclic walk or by making the robot stop after a couple of steps. Nonetheless, we cannot give a comparable guarantee in collision avoidance for many reasons: impossibility of having absolute knowledge of where people are moving, kinematic/dynamical limitations of the robot, adversarial crowd motion, etc. We address this limitation with a standard strategy for crowd navigation, known as passive safety, that allows us to formulate a unified Model Predictive Control approach for balance and collision avoidance in which we require the robot to stop safely in finite time. In addition, we define a novel safe navigation strategy based on the premise of avoiding collisions for as long as possible that minimizes their occurrence and severity. We propose a lexicographic formulation that produces motions that comply with such premise.We increase the degrees of freedom of the locomotion of a biped robot by allowing the duration and orientation of its steps to vary online. This introduces nonlinearities in the constraints of the optimization problems we solve. We approximate these nonlinear constraints with safe linear constraints so that satisfying the latter implies satisfying the former. We propose a novel method (Safe Sequential Quadratic Programming) that ensures feasible Newton iterates in the solution of nonlinear problems based on this redefinition of constraints.We make a series of simulations of a biped robot walking in a crowd to evaluate the performance of our proposed controllers. We are able to attest the reduction in the number and in the severity of collisions with our proposed navigation strategy in comparison with passive safety, specially when there is uncertainty in the motion of people. We show typical behaviors of the robot that arise when we allow the online variation of the duration and orientation of the steps and how it further improves collision avoidance. We report the computational cost of our proposed numerical method for nonlinear problems in comparison with a standard method. We show that we only need one Newton iteration to arrive to a feasible solution but that the CPU time is dependent on the amount of active set factorizations needed to arrive to the optimal active set.

L'évaluation de la teneur en eau est actuellement un objectif important pour la caractérisation des sols et la compréhension des mécanismes liés au transfert hydrique et à l'absorption racinaire. Il existe un lien entre les variations de la teneur en eau et la permittivité des sols. L'objectif de ces travaux est d'exploiter ce couplage pour définir un protocole d'imagerie active micro-onde d'un monolithe. En effet, lorsqu'une onde électromagnétique rencontre un objet ayant des dimensions caractéristiques de l'ordre de sa longueur d'onde, celle-ci après interactions, va induire un courant qui à son tour générera un champ électromagnétique diffracté. La mesure de ce champ va permettre de revenir aux informations relatives à l'objet, en particulier sa permittivité. Nous nous appuierons ici sur un système de mesure hyperfréquence constitué d'une cavité métallique cylindrique. Il a donc fallu mettre au point des outils numériques de modélisation et d'imagerie de permettant de décrire le phénomène de diffraction dans un tel environnement. L'imagerie micro-onde quantitative est un problème inverse non-linéaire mal posé. De plus, les mesures du champ électromagnétique sont perturbées, ce qui va induire de l'instabilité dans le problème inverse. C'est pourquoi il est nécessaire de mettre en place un algorithme itératif avec ajout d'informations a priori (polynômes de Zernike) pour obtenir une solution stabilisée. Des reconstructions obtenues à partir de champ mesurés sur différents fantômes sont discutées. De plus, les informations fournies par l'étude du comportement de l'opérateur de diffraction renseignent sur la quantité de données accessibles et les informations a priori qui peuvent être légitimes de considérer.