Utilisés dans de nombreux domaines d'applications, les ultrasons se révèlent être sensibles aux propriétés visco-élastiques des milieux traversés. L'investigation spatiale et temporelle des propriétés visco-élastiques des matériaux par méthodes ultrasonores permet notamment le contrôle de l'intégrité de structures ainsi que le suivi de processus. Un dispositif auto-calibrée en émission-réception, basé sur l'application du principe de réciprocité, a été développé pour la mesure du paramètre non linéaire B/A. Cette mesure repose sur une étude harmonique des signaux ultrasonores se propageant dans le milieu. L'instrumentation ultrasonore mise en oeuvre a été choisie pour assurer une mesure rapide en émission-réception du paramètre B/A imposant un choix technologique spécifique. L'évolution au cours du temps des paramètres acoustiques dans les matériaux de type sol-gel fait apparaître un temps caractéristique lié à la structuration du matériau (gélification). Les temps de gélification extraits des mesures permettent de retrouver la loi d'Arrhenius cohérente avec celle obtenue par des méthodes rhéologiques conventionnelles. Une image du paramètre non linéaire a été réalisée sur un fantôme contenant deux fluides non miscibles (eau et huile de silicone). A travers ces deux applications, nous montrons l'efficacité du système de mesure du paramètre non linéaire dans le cadre du suivi d'un matériau en évolution ainsi qu'en imagerie.

Le sujet de la thèse s'inscrit dans le cadre du projet "Véhicule intelligent et son intégration dans la ville du futur" mené au laboratoire Systèmes et Transports de l'Université de Technologie de Belfort-Montbéliard. L'objectif de ce projet est d'assurer la navigation autonome d'un véhicule dans un environnement urbain. Cette thèse s'intéresse plus particulièrement au problème de la perceptioon de l'environnement du véhicule en combinant plusieurs capteurs. Le but est de détecter et suivre des objets dynamiques et de les situer par rapport au véhicule instrumenté. La contribution de la thèse commence par la proposition d'une nouvelle technique de représentation des objets. Cette technique est basée sur l'utilisation des boîtes englobantes orientée (OBB) et exploite deux paradigmes qui sont l'incertitude Inter-Rays (IR) et l'hypothèse de la taille fixe des objets (FS). Pour augmenter la qualité de l'estimation d'état des objets et du suivi, l'algorithme de fusion de deux télémètres laser est présenté. Enfin, deux méthodes d'association de données sont décrites. La première, appelée NNF, est une adaptation de la technique du plus proche voisin à la nouvelle technique de représentation. La deuxième méthode permet de résoudre le problème de clustering des données télémétrique par une fusion d'un télémètre laser et d'un capteur stéréoscopique. Les algorithmes proposés sont testés et évalués à l'aide d'un simulateur développé dans le cadre de la thèse et sur un prototype de véhicule électrique.

Un des objectifs des recherches actuelles en échocardiographie est la visualisation des déformations volumiques de certaines cavités du coeur à partir de séquences d'images. Dans le cadre d'une stratégie globale de restitution tri-dimensionnelle en temps réel, cette thèse propose de modéliser les évolutions spatiale et temporelle du ventricule gauche, à toutes les étapes de la chaîne de traitement : échantillonnage d'un contour initial sur une image de la séquence ; fermeture éventuelle et suivi de ce contour échantillonné sur les autres images de la séquence ; modélisation de tous les contours puis du volume du ventricule ; visualisation du ventricule reconstruit à partir des paramètres du modèle. Toutes les propositions théoriques ont été validées sur des images écho¬cardio¬graphiques acquises avec une sonde tournante prototype. L'idée de base consiste à utiliser les propriétés de l'interpolation circulaire de Shannon et du lissage orthogonal de Fourier, en exploitant les quatre périodicités du problème : double périodicité spatiale 2π pour le volume découpé en plans méridiens (coupes apicales) et parallèles (coupes parasternales), double périodicité temporelle provenant des battements cardiaques et de la rotation de la sonde tournante. Les algorithmes sont appliqués sur des contours tracés manuellement sur les images tomographiques de la séquence, mais nous proposons une méthode de suivi automatique d'un contour à partir d'un seul tracé initial. Pour les périodicités spatiales, la méthode d'interpolation-lissage est mise en oeuvre sur le développement polaire d'un contour du ventricule, autour du centre d'inertie de ses échantillons. Ceci permet, à précision égale, d'économiser les paramètres du modèle. Pour les périodicités temporelles, cette méthode est appliquée sur les paramètres restitués en attitude dans un repère lié au ventricule, par une technique qui utilise les propriétés du signal analytique. Dans le cadre d'une étude de faisabilité, les résultats obtenus indiquent que la stratégie de modélisation proposée est bien adaptée au problème.

Dans leur grande majorité les techniques d'estimation et de contrôle basées sur la vision s'appuient sur l'extraction d'informations géométriques dans les images. L'objectif de cette thèse est de développer une nouvelle approche exploitant directement l'intensité des pixels dans l'image en s'affranchissant de l'étape d'extraction de ces informations. Nous espèrons montrer que le fait d'utiliser toute l'information contenue dans l'image permet en outre d'augmenter la précision et le domaine d'application. Dans ce but, nous proposons un modèle générique de transformation prenant à la fois en compte les aspects géométriques et photométriques que l'on associe à une méthode efficace d'optimisation pour le recalage d'images, qui est valide pour des modes d'acquisition variés (incluant les images couleurs) et pour des classes d'objets rigides ou déformables. En particulier, le nouveau modèle photométrique assure une robustes aux variations d'éclairage quelconques, et il est indépendants des attributs des objets et des caractéristiques de la caméra. Ce cadre méthodologique est formulé, dans le cas d'un modèle sténopé, à la fois dans le cas calibré et non calibré, les différences portant principalement sur la nature de la paramétrisation choisie. Une méthode robuste de suivi visuel est proposée permettant le recalage d'une image de référence tout au long de la séquence. A partir des paramètres estimés liant l'image de référence à l'image courante, nous proposons une nouvelle stratégie d'asservissement visuel permettant de contrôler les six degrés de liberté du mouvement de la caméra pour l'amener dans la pose où a été acquise l'image de référence. Cette nouvelle approche ne nécessite pas de connaissance précise sur les paramètres de la caméra ni sur la géométrie de l'objet observé, permettant ainsi d'obtenir une méthode générique et fiable. Dans le cas de l'utilisation d'une caméra calibrée, la méthode de suivi robuste permet d'accéder directement à la pose de la caméra et à la structure géométrique de la scène. Elle peut donc être appliquée pour proposer une nouvelle solution au problème de SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) visuel. Enfin, nous présentons une méthode d'asservissement visuel intégrant directement les estimées fournies par la méthode de suivi et permettant ainsi la navigation autonome de robot dans un environnement inconnu a priori. Les méthodes développées tout au long de cette thèse ont été confrontées aux approches classiques de la littérature, et ont montré des avantages certains. Elles ont également été testée en condition réelle sur des séquences caractéristiques de différentes applications et dans des conditions variées. Les conditions et compromis à faire pour obtenir performances temps réel et précision, sont également discutés dans le document.

Dans cette thèse, une nouvelle représentation des images couleur basée sur une généralisation du signal analytique est introduite. En utilisant l'analogie entre les conditions de Cauchy-Riemann, qui définissent le caractère holomorphe d'une fonction, et l'équation de Dirac dans l'algèbre de Clifford R_{5,0}, un système d'équations dont la solution est le signal monogène couleur est obtenu. Ce signal est notamment basé sur des noyaux de Riesz ainsi que de Poisson 2D, et une représentation polaire, basée sur un produit géométrique, peut lui être associée. Les applications envisagées reposent majoritairement sur cette représentation polaire et sur les informations de couleur et de structures locales s'y rattachant. Des problématiques liées au flot optique couleur, à la segmentation couleur multi-échelle, au suivi d'objets couleur et à la détection de points d'intérêt sont abordées. En ce qui concerne le flot optique, nous nous intéressons à l'extraction du mouvement d'objets d'une certaine couleur en remplaçant la contrainte de conservation de l'intensité par une contrainte de conservation d'angles. Pour la segmentation, une méthode de détection de contours basée sur de la géométrie différentielle et plus particulièrement sur la première forme fondamentale d'une surface, est proposée afin de déterminer les contours d'objets d'une couleur choisie. Pour le suivi d'objets, nous définissons un nouveau critère de similarité utilisant le produit géométrique que nous insérons dans un filtrage particulaire. Enfin, nous resituons la définition du détecteur de Harris dans le cadre de la géométrie différentielle en faisant le lien entre ce dernier et une version "relaxée" du discriminant du polynôme caractéristique de la première forme fondamentale. Ensuite nous proposons une nouvelle version multi-échelle de ce détecteur en traitant le paramètre d'échelle comme une variable d'une variété de dimension 3.

De nombreuses applications en vision par ordinateur nécessitent la détection et le suivi des objets en mouvement dans une séquence d'images. La plupart des méthodes existantes ne donnent de bons résultats que pour des séquences avec des fonds peu changeants, ou si le fond et les objets sont rigides. Le but de cette thèse est de détecter et suivre les objets mobiles dans des séquences (telles que des séquences de conducteurs) ayant un fond dynamique, avec de forts changements d'illumination, de faibles contrastes et éventuellement acquises par une caméra mobile. Cette thèse est décomposée en deux parties. Dans la première, une méthode de détection est proposée. Elle repose sur la définition d'une grille de points décrits par leur mouvement et leur photométrie. Ces points sont ensuite regroupés en "clusters en mouvement" avec un algorithme mean shift à noyau variable et une méthode de sélection automatique de la taille des noyaux. La deuxième partie propose une méthode de suivi combinant des distributions de couleur et de mouvement, la prédiction de l'objet et des observations extérieures (pouvant être les clusters en mouvement) dans une fonction d'énergie minimisée par coupe minimale/flot maximal dans un graphe. Les algorithmes de détection et de suivi sont validés sur différentes séquences aux contenus dynamiques complexes.

De nombreux laboratoires travaillent à la mise au point de mémoires quantiques, élément clef des systèmes d'information quantique de l'avenir. Les mémoires quantiques pour la lumière devraient en particulier jouer un rôle important dans les réseaux de télécommunications quantiques à grande distance. Constituée d'un ensemble d'atomes sur lequel on transpose l'état du signal lumineux, la mémoire doit être capable de sauvegarder cet état pendant un temps suffisamment long, puis de le restituer avec efficacité et fidélité. A ce jour, l'effort a surtout porté sur des protocoles liés à la Transparence Induite Electromagnétiquement (EIT), mis en oeuvre dans des nuages d'atomes refroidis par laser. Mon travail porte sur un système alternatif, les ions de terres rares en matrice cristalline (TRMC). Ces matériaux offrent une immobilité plus grande que les atomes froids. Par ailleurs, la durée de vie des états de superposition quantique, porteur de l'information stockée, y est très longue à basse température. L'élargissement inhomogène des transitions optiques distingue cependant nettement les TRMC des atomes refroidis par laser. Tirant parti de cette caractéristique, je propose un protocole de stockage original que j'explore sur le plan théorique et expérimental.

Les machines tournantes sont présentes dans bien de domaines de nos industries et de nos sociétés et jouent un rôle primordial dans le transport et l'énergie. Le contexte actuel d'épuisement de ressources fossiles et la demande continuellement en augmentation d'énergie, font du domaine de la production de l'énergie (qu'elle soit électrique, thermique, éolienne, hydraulique ou nucléaire) un secteur qui concentre une part importante de l'innovation et de l'investissement des institutions et des industriels. Les tendances actuelles concernent l'augmentation du rendement et de la fiabilité, la diminution des dimensions, des coûts d'exploitation et des impacts environnementaux. Les machines doivent donc opérer dans des conditions respectant les normes de sécurité, de sûreté, de confort et d'environnement. La maîtrise et l'optimisation de ces conditions ont constitué le fil conducteur des recherches menées. L'ensemble de cette recherche concerne le suivi du comportement, l'équilibrage et le contrôle actif des machines tournantes. Trois thèmes qui ont un point commun la définition et l'identification d'un modèle de la machine ensuite, connaissant les réponses identifier les perturbations et les forces extérieures. Ces recherches constituent la base vers le développement de machines avec une capacité de réagir, sans interventions extérieures, en présence d'une défaillance ou lors de passage des zones de vitesses critiques ou des zones d'instabilités, de modifier ses caractéristiques afin d'avoir toujours un comportement respectant les normes de sécurité, de sûreté, de confort et d'environnement. La base vers un développement d'une Eco machine tournante réactive: une Smart machine tournante. Les premières recherches traitent du suivi de comportement et du diagnostic des boites de transmission de puissance par engrenages. L'objectif est la mise en place d'une approche de maintenance préventive de machines tournantes en présence de défauts combinés d'engrenages et de roulements. L'approche scientifique est à la fois numérique et expérimentale. Dans les deux approches, les défauts critiques étudiés ont été choisis suite à une étude AMDEC (Analyse de Modes de Défaillance, de leurs Effets et leurs Criticités). Les approches pour réduire les nuisances et d'assurer la sécurité de fonctionnement se déclinent, selon les possibilités et les moyens d'intervention, en deux solutions; équilibrage et contrôle actif. En équilibrage les recherches permettront d'une part le développement de méthodes basées sur des modèles identifiés expérimentalement prenant en compte des non linéarités dues à la très grande flexibilité des structures étudiées ou à la dépendance de certaines caractéristiques aux fréquences; elles permettront d'autre part l'optimisation de la répartition des masses de correction à la fois en position et en valeur en considérant des perturbations stochastiques des mesures. Le thème contrôle actif des machines tournantes porte sur le développement et la mise en place de stratégies de contrôle permettant la modification du comportement dynamique des rotors en flexion, en régime transitoire, par l'utilisation d'actionneurs. Le contrôleur peut être dans le domaine physique ou modal avec une commande floue ou neuro-floue. Concernant la technologie d'actionneurs, des travaux ont déjà été réalisés en utilisant des actionneurs piézoélectriques. Le contrôle est efficace et robuste, le seul inconvénient concerne la liaison entre l'actionneur et la machine. Nos recherches actuelles portent sur la conception et le dimensionnement d'actionneurs électromagnétiques qui présentent l'avantage d'être sans contact et offrent la possibilité de contrôler à la fois l'arbre du rotor et un de ces composants (paliers hydrodynamiques). Les activités et thèmes de recherches sont présentés en trois chapitres sans prendre en compte l'aspect chronologique. Chaque chapitre présente la recherche déjà réalisée, celle en cours puis future. Un chapitre est consacré au projet de recherche concernant les études initiées dans un souci d'appliquer et d'adapter les acquis dans des contextes particuliers de complexité des nouvelles machines ou tout simplement la volonté de considérer les besoins environnementaux et le développement d'Eco- Machines Tournantes.

Ces travaux se placent dans le cadre général de l'assistance au conducteur et plus particulièrement de la sécurité. L'objectif est ici de surveiller l'environnement d'un véhicule grâce à un capteur télémétrique à balayage et d'informer le conducteur de situations potentiellement dangereuses. Ce dispositif permet alors d'envisager une manoeuvre d'évitement ou d'atténuation de collision. Deux points particuliers ont retenu notre attention : la détection d'objets qui occupe une place privilégiée car elle conditionne directement les performances globales de la méthode, et le processus d'association/suivi qui doit permettre d'associer efficacement les mesures disponibles à chaque objet suivi. Les données télémétriques utilisées nécessitent de passer par une étape de détection afin d'estimer le nombre d'objets présents dans la scène et leur distance au capteur, en procédant à une agrégation des mesures liées au même objet. Nous proposons en particulier dans ce mémoire une méthode de détection d'objets qui exploite non seulement la nature des mesures disponibles mais également les caractéristiques géométriques particulières liées au contexte applicatif. L'approche retenue pour l'étape d'association repose sur les méthodes d'association probabiliste de données qui permettent notamment de considérer le fait qu'une mesure disponible puisse ne pas être liée à un objet, en exploitant donc directement les notions de probabilité de détection et de fausse alarme. Ces probabilités, et notamment la probabilité de détection, demeurent non seulement fortement liées au détecteur, mais également au contexte de la scène : contexte capteur/objet et contexte objet/objet. Pour pouvoir intégrer ces informations globales de contexte, nous proposons une méthode d'association-suivi basée sur les réseaux bayésiens qui autorise l'intégration de paramètres liés aux caractéristiques des objets et du capteur dans la détermination de la probabilité de détection.

On s'intéresse au positionnement haute précision des moteurs synchrones sans balai dans l'industrie du semi-conducteur. On conçoit un algorithme d'initialisation et des correcteurs pour le rejet de perturbations spécifiques. L'initialisation consiste à estimer la phase initiale du champ magnétique. Seules des mesures de déplacement sont accessibles. Les paramètres du moteur (gain, charge et frottements) sont inconnus. On adopte un modèle à second membre discontinu dû aux frottements. La phase initiale s'obtient en fonction de l'amplitude des déplacements pendant l'initialisation. On se base sur une classification des orbites périodiques du modèle à second membre discontinu. On compare expérimentalement cette méthode à une solution implémentable dans les mêmes conditions. On étudie alors le rejet de perturbations, périodiques en fonction de la position, qui dégradent la précision du suivi de trajectoires. On formule des conditions pour qu'un contrôleur linéaire rejette entièrement ces perturbations non linéaires. On assure la convergence asymptotique globale de l'erreur de suivi vers zéro grâce à une analyse de perturbations régulières basée sur les polynômes de Bell de seconde espèce. On construit un observateur linéaire basé sur des mesures de position pour le rejet de ces perturbations. Il est obtenu en évaluant les perturbations le long des trajectoires de référence, et non le long de celles effectives du système. Les gains de l'observateur sont réglés par optimisations sous contraintes LMI, réalisées hors ligne, et peu de calculs sont nécessaires en ligne. On illustre expérimentalement notre méthode, via l'annulation du cogging et des erreurs d'interpolation.