La présente thèse traite de l'utilisation de retours haptiques pour fournir des informations aux chirurgiens durant des opérations de chirurgie minimalement invasive dans le but de les aider à améliorer leurs gestes.De meilleurs résultats pour les patients on amené la chirurgie minimalement invasive à devenir le standard pour bon nombre d'interventions. Cependant, la perte de perception de profondeur, la coordination main-oeil compliquée ainsi que les distorsions de sensations haptiques compliquent largement la tâche pour le chirurgien. Nous explorons le potentiel de retours haptiques pour intuitivement assister les chirurgiens durant des gestes de chirurgie minimalement invasive. Les formes de retour évaluées sont principalement haptiques (tactiles et kinesthésiques), avec des comparaisons à des retours visuels et multi-modaux (combinaisons de retours visuels et haptiques).Nos expériences dans le domaine de la navigation d'outils de chirurgie montrent des résultats encourageants quand aux bénéfices obtenus par des retours haptiques en termes d'amélioration de la qualité du geste chirurgical. Les guides par "virtual fixtures" montrent une nette supériorité par rapport aux autres formes de retour étudiées, cependant les retours vibrotactiles permettent aussi des améliorations notables. Des travaux parallèles sur le retour d'informations au sujet des efforts d'intéraction en bout d'outils a mis en évidence des différences importantes en termes des exigences de conception pour le retour tactile. Ceci nous a permis d'effectuer une conception et validation préliminaire de retours tactiles spécifiques à des applications de maitrise d'efforts, en utilisant l'exemple de la suture. / The present thesis focuses on the use of haptic feedback technologies to provide information to surgeons during laparoscopic or minimal access surgery (MAS) with the aim of assisting them in improving their gestures.Better overall outcomes for patients have led MAS to become standard for many surgical interventions. However, loss of visual depth perception, difficult hand-eye coordination and distorted haptic sensation seriously complicate this task for the surgeon. We explore the potential of haptic cues for intuitively assisting surgeons during MAS gestures. Evaluated forms of feedback mainly focus on haptic (tactile and kinaesthetic) cues, but include comparisons to visual and multi-modal combined haptic and visual cues.Experiments on surgical tool navigation show encouraging results for the benefit of haptic cues in improving surgical gestures, with clear superiority of soft guidance virtual fixtures over other forms of feedback. However, promising results for the use of vibrotactile feedback are also obtained. These results are confirmed in preliminary experiments on tool navigation in preliminary experiments on tool navigation during a laparoscopic cutting training task.Parallel work on feeding back interaction forces highlighted significant differences in the usability and design requirements for tactile cues when compared to instrument navigation applications. This led us to design and perform preliminary testing on tactile cues appropriate force information in the case of intra-corporeal suture knot tying.

Les travaux concernent la commande d'un moteur synchrone à aimants permanents en utilisant les techniques de modes glissants par ordres supérieurs. On a développé une méthodologie complète partant des études théoriques relatives à la linéarisation exacte des systèmes non linéaires par retour d'état et aux techniques de commande par modes glissants, jusque l'implémentation des lois de commande obtenues tant en simulation que sur une plateforme expérimentale. Après avoir posé les objectifs de la thèse et donné les principales motivations, on propose en premier lieu un état de l'art historique du développement de la théorie de la commande pour les systèmes non linéaires. Les divers principes de base de la commande par modes glissants d'ordre un est présenté et explicitée et monte ainsi les avantages et les inconvénients. Une illustration est proposée avec exemple assez simple. Le phénomène de réticence ou de "chattering" est abordé et les solutions les plus classiques utilisées pour le réduire sont rappelées. L'application des techniques de modes glissants d'ordres supérieurs au moteur synchrone à aimants permanents est ensuite présentée. Partant des équations électriques, électromagnétiques et mécaniques qui régissent le système, le modèle d'état est clairement posé. Ensuite, l'auteur décline les objectifs de commande et décrit la synthèse d'une loi de commande, basée sur les modes glissants d'ordres supérieurs, permettant de les atteindre. L'étude qui est faite pour l'établissement du modèle tient aussi compte du fait que les paramètres du système varient dans le temps. Deux surfaces de glissements sont définies en accord avec les objectifs de commande : le courant id et la position angulaire. L'étape suivante a consisté alors à linéariser et découpler par retour d'état, ce système ayant deux entrées et deux sorties. Par la suite, une fois le système linéarisé et découplé, l'auteur fait la synthèse de complète de son correcteur à savoir la loi de commande et des dérivateurs basés sur des modes glissants par ordres supérieurs. De nombreuses simulations montrent l'efficacité du schéma de commande élaboré. Les résultats obtenus en implémentant les lois de commande étudiées sur une plateforme expérimentale sont présentés. L'auteur décrit d'abord la plateforme dSpace utilisée ainsi que le banc expérimental (moteur, capteurs, actionneurs filtres....). Ensuite, sont détaillées les différentes étapes d'implémentation de la commande en utilisant le logiciel MATLAB/SIMULINK. La méthodologie utilisée et les résultats expérimentaux obtenus sont exposés et commentés.