Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet industriel multi-partenaires ayant pour objectif le développement d’un robot mobile collaboratif (un cobot), autonome dans ses mouvements au sol, capable de réaliser l’inspection visuelle d’un aéronef, à la fois en phase de petite ou grande maintenance dans un hangar ou en phase de pré-vol sur le tarmac d’un aéroport. Le cobot est équipé de capteurs lui permettant d’effectuer ses tâches de navigation autonome, mais également d’un ensemble de capteurs optiques constituant la tête d’inspection : une caméra orientable Pan-Tilt-Zoom et un scanner 3D qui délivrent respectivement des données sous forme d’images 2D et de nuages de points 3D. L’objectif de la thèse est de développer des algorithmes d’analyse d’images 2D et de nuages de points 3D, afin d’établir un diagnostic sur l’état de l’avion et son aptitude à voler. Nous avons développé des algorithmes pour vérifier certains éléments de l’appareil, tels que valves, portes, capteurs, pneus ou moteurs, et également pour détecter et caractériser des dommages 3D sur le fuselage (impacts, rayures, etc.). Nous avons exploité dans nos algorithmes les connaissances a priori disponibles, en particulier le modèle 3D CAO de l’avion (un AIRBUS A320 dans le cadre de nos essais). Durant ces travaux de la thèse, nous avons pu répondre à deux besoins (parfois antagonistes) : développer des algorithmes d’inspection rapides et robustes, mais également répondre aux exigences spécifiques d’un projet industriel qui visait à développer un prototype opérationnel. Nous nous sommes attachés à développer des algorithmes les plus génériques possibles, de manière à ce qu’ils puissent être utilisés pour d’autres types d’inspection, tels que l’inspection de bâtiments ou de navires par exemple. Nous avons aussi contribué au développement du prototype (robot mobile équipé de capteurs) en développant le module de contrôle des capteurs d’inspection et en intégrant nos codes sur le robot avec les autres modules développés par les partenaires. Le prototype a fait l’objet de nombreux essais en hangar de maintenance ou sur tarmac. / This thesis makes part of an industry oriented multi-partners project aimed at developing a mobile collaborative robot (a cobot), autonomous in its movements on the ground, capable of performing visual inspection of an aircraft during short or long maintenance procedures in the hangar or in the pre-flight phase on the tarmac. The cobot is equipped with sensors for realizing its navigation tasks as well as with a set of optical sensors which constitute the inspection head: an orientable Pan-Tilt-Zoom visible light camera and a three-dimensional scanner, delivering data in the format of two-dimensional images and three-dimensional point clouds, respectively. The goal of the thesis is to propose original approaches for processing 2D images and 3D clouds, with intention to make a decision with respect to the flight readiness of the airplane. We developed algorithms for verification of the aircraft items such as vents, doors, sensors, tires or engine as well as for detection and characterization of three-dimensional damages on the fuselage. We integrated a-priori knowledge on the airplane structure, notably numerical three-dimensional CAD model of the Airbus-A320. We argue that with investing effort to develop robust enough algorithms and with the help of existing optical sensors to acquire suitable data, we can come up with non-invasive, accurate, and time-efficient system for automatic airplane exterior inspection. The thesis work was placed in between two main requirements: develop inspection algorithms which could be as general as possible and also meet the specific requirements of an industry oriented project. Often, these two goals do not go along and the balance had to be made. On one side, we were aiming to design and assess the approaches that can be employed on other large structures, for ex. buildings, ships. On the other hand, writing source code for controlling sensors as well as integrating our whole developed source code with other modules on the real-time robotic system, were necessary in order to demonstrate the feasibility of our robotic prototype.

La première mesure du spectre en phi*_eta du boson Z à 7 TeV a été réalisée dans cette thèse. Cette variable permet de sonder la dynamique de production des Z de façon fine. L'échantillon complet des données enregistrées par ATLAS en 2011 a été utilisé ce qui correspond à 4.7/fb de luminosité intégrée. Les résultats de cette mesure sont publiés dans la Ref. [18] fondé sur la note interne Ref. [69]. La section efficace différentielle de Z->ee en fonction phi*_eta a été mesurée et comparée aux calculs perturbatifs à ordre fixé, avec/sans resommation pour la région des petits phi*_eta. Le code RESBOS fournit la meilleure description des données, cependant il est incapable de reproduire, à mieux de 4%, la forme détaillée de la section efficace mesurée. La section efficace différentielle a également été comparée aux prédictions de différents générateurs Monte Carlo interfacés avec un algorithme de parton shower. Les meilleures descriptions du spectre en phi*_eta mesuré sont données par les générateurs SHERPA et POWHEG+PYTHIA8. La mesure précise de la section efficace différentielle en phi*_eta fournit des informations précieuses pour l'ajustement des codes Monte Carlo. La précision expérimentale typique de cette mesure (~0.5%) est dix fois meilleure que la précision des calculs théoriques et elle est donc aussi précieuse pour contraindre la théorie. La mesure du spectre en ptZ a également été faite pour quantifier l'incertitude systématique de cette mesure en utilisant la grande statistique de l'échantillon de données. Cela permet de comparer deux mesures qui traitent de l'impulsion transverse du boson Z. Dans la plupart du domaine en phi*_eta l'incertitude systématique de la mesure de ptZ est deux fois plus grande que celle de la mesure de phi*_eta. Cette comparaison confirme l'intérêt de la variable phi*_eta. Les résultats présentés dans cette thèse ont beaucoup d'implications pour les études futures. Ajustant les générateurs Monte Carlo en utilisant les résultats de la mesure précise du spectre en phi*_eta minimisera l'incertitude sur leurs paramètres. Une mesure de la section efficace doublement différentielle en ptZ et phi*_eta est intéressante pour mieux comprendre la corrélation entre ces deux variables. La mesure précise du spectre en ptZ utilisant la variable phi*_eta peut être appliquée au spectre en ptW et on sait que des mesures plus fines du ptW sont importante pour une détermination précise de la masse du boson W. De plus, une compréhension précise du spectre en ptZ est importante pour comprendre les propriétés cinématiques de la production du boson de Higgs.

La première mesure du spectre en phi*_eta du boson Z à 7 TeV a été réalisée dans cette thèse. Cette variable permet de sonder la dynamique de production des Z de façon fine. L’échantillon complet des données enregistrées par ATLAS en 2011 a été utilisé ce qui correspond à 4.7/fb de luminosité intégrée. Les résultats de cette mesure sont publiés dans la Ref. [18] fondé sur la note interne Ref. [69]. La section efficace différentielle de Z->ee en fonction phi*_eta a été mesurée et comparée aux calculs perturbatifs à ordre fixé, avec/sans resommation pour la région des petits phi*_eta. Le code RESBOS fournit la meilleure description des données, cependant il est incapable de reproduire, à mieux de 4%, la forme détaillée de la section efficace mesurée. La section efficace différentielle a également été comparée aux prédictions de différents générateurs Monte Carlo interfacés avec un algorithme de parton shower. Les meilleures descriptions du spectre en phi*_eta mesuré sont données par les générateurs SHERPA et POWHEG+PYTHIA8. La mesure précise de la section efficace différentielle en phi*_eta fournit des informations précieuses pour l’ajustement des codes Monte Carlo. La précision expérimentale typique de cette mesure (~0.5%) est dix fois meilleure que la précision des calculs théoriques et elle est donc aussi précieuse pour contraindre la théorie. La mesure du spectre en ptZ a également été faite pour quantifier l’incertitude systématique de cette mesure en utilisant la grande statistique de l’échantillon de données. Cela permet de comparer deux mesures qui traitent de l’impulsion transverse du boson Z. Dans la plupart du domaine en phi*_eta l’incertitude systématique de la mesure de ptZ est deux fois plus grande que celle de la mesure de phi*_eta. Cette comparaison confirme l’intérêt de la variable phi*_eta. Les résultats présentés dans cette thèse ont beaucoup d’implications pour les études futures. Ajustant les générateurs Monte Carlo en utilisant les résultats de la mesure précise du spectre en phi*_eta minimisera l’incertitude sur leurs paramètres. Une mesure de la section efficace doublement différentielle en ptZ et phi*_eta est intéressante pour mieux comprendre la corrélation entre ces deux variables. La mesure précise du spectre en ptZ utilisant la variable phi*_eta peut être appliquée au spectre en ptW et on sait que des mesures plus fines du ptW sont importante pour une détermination précise de la masse du boson W. De plus, une compréhension précise du spectre en ptZ est importante pour comprendre les propriétés cinématiques de la production du boson de Higgs. / The first measurement of the phi*_eta spectrum of Z bosons at 7 TeV of pp collisions has been studied in this thesis, which is an alternative way to probe the transverse momentum of Z bosons. The full data sample recorded by the ATLAS detector during 2011 run of the LHC was used, which corresponds with 4.7/fb integrated luminosity. The results of this measurement were reported in Ref. [18] supported by the internal note in Ref. [69]. The differential cross section of Z->ee as a function of phi*_eta has been measured and compared to fixed order perturbative QCD calculations with/without a resummation for the low phi*_eta region. Calculations using RESBOS provide the best descriptions of the data. However, they are unable to reproduce the detailed shape of the measured cross section to better than 4%. The differential cross section was also compared to predictions from different Monte Carlo generators interfaced to a parton shower algorithm. The best descriptions of the measured phi*_eta spectrum are provided by SHERPA and POWHEG+PYTHIA8 Monte Carlo event generators. The precise measurement of the differential cross section as a function of phi*_eta provides valuable information for the tuning of MC generators. The typical experimental precision of this measurement (~0.5%) is ten times better than the typical theoretical precision and therefore is valuable to constrain the theoretical predictions further. The ptZ measurement has been also studied to quantify the systematic uncertainty of this measurement using the high statistic data sample. This allows to compare two measurements which both address the physics issues of the Z transverse momentum. In most of the phi*_eta range, the systematic uncertainty of the ptZ measurement is two times larger than the one of the phi*_eta measurement. This comparison confirms the interest for the phi*_eta variable. The measurements presented in this thesis has many implications for future studies. Tuning MC generators using the result of the precise measurement of the phi*_eta spectrum will minimize the uncertainty on the tuned parameters. A double differential cross section measurement as a function of ptZ and phi*_eta is interesting to understand the correlation between ptZ and phi*_eta variables. The precise measurement of the ptZ spectrum using the new variable phi*_eta can be applied to ptZ. More precise measurement of ptZ are important to obtain precise measurements of the W mass. In addition, a precise understanding of the ptZ spectrum is important to understand kinematic properties of Higgs boson production.