Cette dissertation fait face au problème de la localisation de sources, un sujet qui a été largement étudié dans la littérature récente au vu de son grand nombre d'applications. En particulier, ce travail se concentre sur le pilotage de multiples capteurs, capables de prendre des mesures ponctuelles de la quantité émise, vers la source sans faire usage d'aucune information de position, qui se trouve être indisponible dans de nombreux cas pratiques (par exemple, sous l'eau ou dans l'exploration souterraine). En faisant quelques hypothèses sur le processus de diffusion, nous développons un modèle qui permet d'utiliser des outils mathématiques (l'intégrale de Poisson et ses dérivées) pour obtenir une simple approximation du gradient de la fonction décrivant le processus de diffusion, dont la source représente le maximum, ce qui permet d'utiliser l'algorithme du gradient et trouver l'emplacement de la source. Les contributions sont de trois ordres : d'abord, nous utilisons ces outils pour résoudre le problème de la recherche d'une source en deux dimensions à travers d'un contrôle centralisé, où un seul véhicule, équipé de multiples capteurs et sans information de position, se déplace dans un environnement planaire où se trouve une source. Ensuite, nous étendons cette recherche à un cadre en trois dimensions, en considérant un engin volant équipé de capteurs qui se déplace dans l'espace ; pour ce cas plus général, outre la validation par simulations, nous fournissons également une étude théorique des propriétes de convergence de la loi de commande proposée. Enfin, nous abordons le problème de la localisation de source de façon distribuée, compte tenu de plusieurs capteurs autonomes mobiles (en deux dimensions) ; outre le problème de mettre en oeuvre l'algorithme de localisation de source de manière distribuée, nous devons garantir un contrôle de la formation approprié pour assurer l'exactitude de l'estimation du gradient, et donc atteindre la source.} / The dissertation faces the problem of source localisation, a topic which has been extensively studied in recent literature due to its large number of applications. In particular, it focuses on steering multiple sensors, able to take point-wise measurements of the emitted quantity, towards the source without making use of any position information, which happens to be unavailable in many practical cases (for example, underwater or underground exploration). By making some assumptions on the diffusion process, we develop a model which allows us to use some mathematical tools (the Poisson integral and its derivatives) for a simple approximation of the gradient of the function describing the diffusion process, whose source represents its maximum, making it possible to perform a gradient ascent to find the source location. The contributions are threefold: first, we use such tools to solve a 2-dimensional centralised source-seeking problem, where a single vehicle, equipped with multiple sensors and without position information, is moving in a planar environment where a source is supposed to emit. Then, we extend it to a 3-dimensional framework, considering a flying vehicle equipped with sensors moving in the space; for this more general case, in addition to simulation validation, we provide a theoretical study of the convergence properties of the proposed control law. Finally, we tackle the distributed source-localisation problem, considering several autonomous moving sensors (in two dimensions); in addition to the problem of implementing the source-localisation algorithm in a distributed manner, in this latter case we have also to guarantee a suitable formation control, to ensure the correctness of the gradient estimation and hence reach the source.

L'impact des particules fines (PM10-PM2.5) sur la santé a été largement étudié depuis de nombreuses années, notamment pour les sites de proximité automobile. De nombreux dépassements de la valeur limite en PM10 imposée par les directives européennes ont lieu en France et en Europe, en milieu urbain et plus fréquemment en proximité automobile. Les émissions véhiculaires sont une des sources majeures de particules. Ces émissions proviennent à la fois des échappements (TE) mais aussi des émissions hors échappement (TNE) (abrasion des freins, des pneus et de la route, resuspension des poussières de la chaussée dû au déplacement des véhicules...). En France, très peu d'études en proximité automobile ont été effectuées. Les études de déconvolution des sources en France et en Europe s'appuient la plupart du temps sur des parcs automobiles non adaptés (parc américain) ou trop anciens. De plus, seule la source TE est considérée, ce qui sous-estime largement la contribution véhiculaire aux PM10. La meilleure connaissance de la formation, de la caractérisation et de la quantification des particules émises par le trafic est devenue primordiale. L'objectif final étant la détermination des contributions des émissions véhiculaires TE et TNE aux sources primaires de particules, la caractérisation précise de ces sources est primordial. Pour cela, la recherche de traceurs véhiculaires en phases gaz et particulaire a constitué une grosse partie de ce travail. La combinaison de l'étude sur banc à rouleau de cinq véhicules bien représentés dans le parc automobile roulant français et de l'étude effectuée en proximité automobile (Rocade Sud de Grenoble) a constitué le socle de ce travail. Dans la première étude, certains composés chimiques sont apparus comme indicateurs des émissions TE (EC, HAP légers, profils d'alcanes typiques, quelques métaux comme Fe, Cu etc.). Des différences importantes sont observées entre les véhicules diesel sans filtre à particules (FAP) et les véhicules essence et diesel sans FAP. La seconde étude, comparant le site trafic (Grenoble-Echirolles) avec un site de fond urbain (Grenoble- Les Frênes), a mis en évidence certains composés chimiques comme spécifiques des sources TNE et TE sur la base des connaissances acquises avec les mesures sur banc et sur l'enrichissement de certains composés par rapport au site de fond (EC, Cu, Fe, Sn, Mn...). On peut souligner certains enrichissements majeurs comme EC (78%), Cu (82%), Fe (88%), etc. La résolution temporelle a été faite sur une base de 4h, permettant ainsi une caractérisation chimique détaillée en fonction des heures de pointe et "creuses". Une troisième étude, en site trafic également (Grenoble-Le Rondeau) mais sous influence du salage en hiver, est venue compléter nos recherches. Enfin, en nous appuyant sur les résultats de la première partie, nous avons cherché à déconvoluer les sources véhiculaires TE et TNE (Echirolles et Le Rondeau) au moyen d'un modèle statistique d'analyses multivariées, la PMF (Positive Matrix Factorization), apportant ainsi la contribution possible de ces sources aux PM10. Les émissions véhiculaires (TNE+ TE) y contribuent à 34% à Echirolles et à 53% au Rondeau. Quelques incertitudes sont discutées par rapport aux résultats trouvés avec ceux provenant de l'étude géochimique détaillée en première partie.

L'impact des particules fines (PM10-PM2.5) sur la santé a été largement étudié depuis de nombreuses années, notamment pour les sites de proximité automobile. De nombreux dépassements de la valeur limite en PM10 imposée par les directives européennes ont lieu en France et en Europe, en milieu urbain et plus fréquemment en proximité automobile. Les émissions véhiculaires sont une des sources majeures de particules. Ces émissions proviennent à la fois des échappements (TE) mais aussi des émissions hors échappement (TNE) (abrasion des freins, des pneus et de la route, resuspension des poussières de la chaussée dû au déplacement des véhicules…). En France, très peu d'études en proximité automobile ont été effectuées. Les études de déconvolution des sources en France et en Europe s'appuient la plupart du temps sur des parcs automobiles non adaptés (parc américain) ou trop anciens. De plus, seule la source TE est considérée, ce qui sous-estime largement la contribution véhiculaire aux PM10. La meilleure connaissance de la formation, de la caractérisation et de la quantification des particules émises par le trafic est devenue primordiale. L'objectif final étant la détermination des contributions des émissions véhiculaires TE et TNE aux sources primaires de particules, la caractérisation précise de ces sources est primordial. Pour cela, la recherche de traceurs véhiculaires en phases gaz et particulaire a constitué une grosse partie de ce travail. La combinaison de l'étude sur banc à rouleau de cinq véhicules bien représentés dans le parc automobile roulant français et de l'étude effectuée en proximité automobile (Rocade Sud de Grenoble) a constitué le socle de ce travail. Dans la première étude, certains composés chimiques sont apparus comme indicateurs des émissions TE (EC, HAP légers, profils d'alcanes typiques, quelques métaux comme Fe, Cu etc.). Des différences importantes sont observées entre les véhicules diesel sans filtre à particules (FAP) et les véhicules essence et diesel sans FAP. La seconde étude, comparant le site trafic (Grenoble-Echirolles) avec un site de fond urbain (Grenoble- Les Frênes), a mis en évidence certains composés chimiques comme spécifiques des sources TNE et TE sur la base des connaissances acquises avec les mesures sur banc et sur l'enrichissement de certains composés par rapport au site de fond (EC, Cu, Fe, Sn, Mn…). On peut souligner certains enrichissements majeurs comme EC (78%), Cu (82%), Fe (88%), etc. La résolution temporelle a été faite sur une base de 4h, permettant ainsi une caractérisation chimique détaillée en fonction des heures de pointe et "creuses". Une troisième étude, en site trafic également (Grenoble-Le Rondeau) mais sous influence du salage en hiver, est venue compléter nos recherches. Enfin, en nous appuyant sur les résultats de la première partie, nous avons cherché à déconvoluer les sources véhiculaires TE et TNE (Echirolles et Le Rondeau) au moyen d'un modèle statistique d'analyses multivariées, la PMF (Positive Matrix Factorization), apportant ainsi la contribution possible de ces sources aux PM10. Les émissions véhiculaires (TNE+ TE) y contribuent à 34% à Echirolles et à 53% au Rondeau. Quelques incertitudes sont discutées par rapport aux résultats trouvés avec ceux provenant de l'étude géochimique détaillée en première partie. / Fine particles (PM10-P2.5) are recognized to be deleterious to human health particularly in the roadway vicinity. In European countries, and in particular in France, the European daily limit value is exceeded in many sites more than 35 times a year. One of the major sources of fine particles in urban and roadside sites is road traffic. Emissions from road traffic involve exhaust and non-exhaust emissions (resuspension of road dusts, from the brakes, tyres and road-surface-wear, from the corrosion of vehicle components…). Numerous studies have been performed in order to account for exhaust emissions, however not in France. Generally, the profiles used in source apportionment models are not adapted (since they are American profiles) to the French or European fleets. In addition, the contribution of the nonexhaust fraction to total particulate matter (PM) mass is generally not accounted for in the source apportionment results. Therefore, PM10 emissions are underestimated. As a result, better knowledge about formation, characterization and quantification of particles from traffic are becoming necessary. The goals of this work are numerous because ambient air and exhaust emission measurements have been involved. The aim is to accurately discriminate exhaust and nonexhaust sources, in order to provide groundbreaking insights into the contribution and chemical composition of traffic sources. Therefore, the analyses of gas and particle tracers represent a big part of this work. The relationships between the measurements of 5 in-use vehicles well-represented in the French fleet and measurements performed in the vicinity of a suburban highway (southern ring road of Grenoble) have been firstly examined. In the first study, several chemical compounds, organics and inorganics, appeared as tracers of vehicular exhaust (EC, light PAHs, typical alkanes profiles, metals like Fe, Cu etc.). Large differences are noticeable between Diesel vehicles without DPF and petrol vehicles/diesel vehicle retrofitted with a DPF. In the second study, comparison with results from an urban background site (Grenoble-Les Frênes) and from the traffic site (Grenoble-Echirolles) highlighted several specific chemical compounds of exhaust and non-exhaust sources (EC, Cu, Fe, Sn, Mn…). Large increments due to the local traffic have been observed (EC (+78%), Cu (82%), Fe (88%), etc.). The 4-hour temporal resolution allowed for the detailed characterization of chemical species during rush hours and less busy periods. An additional field campaign was performed in another roadside site (Grenoble-Le Rondeau) but in winter during salting conditions. Supplementary information was obtained concerning non-exhaust sources. Finally, thanks to the results from the first part of this work, a Positive Matrix Factorization (PMF) analysis was applied to roadside data (Echirolles and Le Rondeau) in order to discriminate non-exhaust and exhaust traffic sources and to estimate their contribution to PM10. Major contributions for traffic sources (exhaust and non-exhaust) were 34% (Echirolles) and 53% (Le Rondeau). Uncertainties linked to these results are discussed with the results of the first part (detailed chemical study) of this work.