La stabilisation des robots mobiles non holonomes est un problème délicat en robotique. En effet, la condition de Brockett n'étant pas vérifiée, il ne peut pas exister de retour d'état stabilisant de type continu et stationnaire. De nombreux auteurs proposent alors une solution partielle en assurant un suivi de trajectoire à validité locale. Dans ce mémoire, nous avons proposé deux nouvelles approches pour le suivi de trajectoire de robots mobiles non holonomes. La première approche est basée sur l'utilisation d'une classe de modèles polytopiques non linéaires, appelés modèles flous de type Takagi-Sugeno (TS), et la synthèse de lois de commande PDC (Parallel Distributed Compensation). De manière à filtrer les mesures, un observateur flou TS est ajouté à la structure de commande et la stabilité de la boucle fermée complète est assurée en utilisant le principe de séparation. Ce point représente un des intérêts majeurs de la méthode proposée. La deuxième approche proposée dans ce mémoire concerne la détermination d'une loi de commande avec retour de sortie dans le cas de mesures retardées. En effet, dans de nombreuses applications de robotique mobile, un traitement ou une transmission d'information sont nécessaires pour prendre des décisions, déterminer la localisation ou percevoir l'environnement. Ces traitements peuvent introduire des retards plus ou moins importants. Bien que pouvant influer de manière non négligeable sur la qualité des résultats, ces retards ont été jusqu'ici ignorés. Les deux nouvelles approches proposées ont été validées sur la plate-forme de robots mobiles de l'Université de Ljubljana.

Un des défis majeurs de la réalité augmentée est celui de l'alignement spatial des objets virtuels sur le monde réel. Plusieurs techniques de localisation par la vision ont été proposées dans la littérature pour améliorer le recalage virtuel. Le suivi hybride qui combine différentes technologies et méthodes semble ouvrir une nouvelle voie d'utilisation pour combler les divers problèmes liés à la précision et à la robustesse des algorithmes. Dans ce travail, nous avons développé une architecture multimodale de suivi de cibles et de gestion d'occultations en réalité augmentée. L'approche multimodale consiste à combiner différents capteurs et techniques, associés en fonction des conditions réelles de l'environnement. Cette architecture est constituée d'un module de tracking de cibles codées basé sur un algorithme hybride d'estimation de pose. Toutefois, cet algorithme de suivi de cibles est mis en échec si les marqueurs visuels ne sont pas entièrement visibles. Nous avons étendu donc, cette méthode de localisation spatio-temporelle par un module de suivi de points caractéristiques en présence d'occultations partielles des cibles. Cette étape se fonde sur l'étude des propriétés du suivi robuste des points d'intérêts et sur l'adaptation et la gestion des différentes conditions expérimentales. Enfin, une partie de suivi multi-capteurs est incluse dans notre démarche de conception logicielle. Ce dernier module de l'architecture est composé d'un dispositif hybride de tracking permettant de pallier les occultations totales des cibles. Des expérimentations avec le système global et de nombreuses évaluations ont servi à montrer l'intérêt de l'approche multimodale proposée pour le suivi et la gestion d'occultations en réalité augmentée. Le travail réalisé a permis de définir une base de critères nécessaires pour une mise en oeuvre efficace d'une architecture de suivi robuste et multi-capteurs dans un environnement de réalité augmentée.

Dans cette thèse, le problème de l'infiltration de bio-adhésifs résineux dans la dentine a été abordé par le biais de deux études, expérimentale et numérique. L'originalité de ces travaux réside dans le fait que l'échelle à laquelle nous nous sommes placés est nanoscopique. En effet, c'est l'infiltration d'un réseau de fibres de collagène de diamètre de l'ordre de 80nm qui pilote l'adhésion des composites résineux à la dentine. Une étude MEB a été menée pour confirmer et compléter la connaissance actuelle du milieu poreux. Cependant un paramètre manque dans la perspective d'une modélisation géométrique du réseau : la porosité n'est pas connue. Une étude complémentaire du substrat par porosimétrie à intrusion de mercure a donc été menée. La porosité volumique de la dentine déminéralisée est estimée à 55%. Deux tailles de pores sont révélées : la première correspond aux tubules et canalicules (autour de 1micron) et la seconde aux espaces interfibrillaires (autour de 50nm) jamais encore caractérisés de manière volumique. Cette étude permet aussi une investigation méthodologique. La lyophilisation, technique de séchage peu utilisée en odontologie, est évaluée et comparée à la technique de séchage utilisant l'HMDS. La lyophilisation semble être une technique de séchage fiable et convient parfaitement aux essais de porosimétrie. La modélisation géométrique du réseau fibreux est ensuite réalisée : les fibres sont considérées comme des zones à viscosité élevée. Cette modélisation est validée par comparaison des écoulements entre une fibre modélisée implicitement et une autre modélisée plus classiquement. L'orientation des fibres n'étant pas connue quantitativement, il a été choisi de construire trois types de réseau, le plus proche de la réalité (à la vue des images MEB) étant le réseau où les fibres sont disposées aléatoirement. Sa perméabilité a été estimée et validée par comparaison avec différentes études de réseaux fibreux ou non. Enfin, l'avancée du front est abordée de manière dynamique. Les équations d'avancée du front sont mises en place. Les équations de Navier Stokes sont couplées avec une méthode level set : l'interface correspondant au front d'infiltration n'est pas maillé (tout comme les fibres) mais correspond à une isovaleur d'une certaine fonction. Un attention particulière est portée aux conditions aux limites au niveau de la ligne triple et par le biais d'un terme ajouté à la formulation variationnelle, l'angle de contact est fixé. Ici, la principale difficulté est la prise ne compte des fibres qui ont été définies de manière implicite. Cette fois, les fibres sont uniquement le lieu de l'application de la condition aux limites fixant l'angle de contact et ne sont plus des zones de viscosité élevée car cela bloquerait le front. Le problème est résolu pour différentes géométries de réseaux fibreux. Tout d'abord, l'influence de certains paramètres sur des réseaux simples est sondée puis l'infiltration du modèle géométrique complet (réseau fibreux et tubules) est réalisée. Une conclusion cruciale pour les praticiens est mis en avant : augmenter le temps d'infiltration de la résine n'améliore pas l'infiltration. La simulation d'un essai de porosimétrie permet de distinguer deux tailles de pores distinctes et nécessite un ajustement car un décalage en pression par rapport à la courbe expérimentale est observée. L'outil construit permet une approche pédagogique de l'essai de porosimétrie et, après ajustement, pourra permettre la validation de diverses géométries.

L'analyse conjointe du mouvement et des déformations est cruciale dans un grand nombre d'applications de vision par ordinateur. Cette thèse propose d'introduire un filtre stochastique non linéaire afin de suivre une courbe libre dans le temps. L'approche proposée est implémentée à travers un filtre particulaire incluant des mesures colorimétriques caractérisant respectivement la cible et le fond. La dynamique impliquée est formulée sous la forme d'une équation différentielle stochastique. Cela permet d'avoir une représentation continue de la trajectoire de la courbe, et d'être ainsi capable d'en déduire les déformations entre images. La courbe est définie par une courbe de niveau implicite, et la dynamique stochastique s'exprime sur cette dernière. Cela prend la forme d'une équation différentielle stochastique avec un mouvement Brownien de faible dimension. Dans ces modèles d'évolution sont combinés les informations de mouvement locales extraites des images et un modèle d'incertitude de la dynamique. Le filtrage associé proposé pour le suivi de courbes appartient ainsi à la famille des filtrages particulaires conditionnels. Ses capacités sont vérifiées sur différentes séquences contenant des objets fortement déformables.

Cette thèse s'adresse aussi bien aux scientifiques, aux entraîneurs, aux préparateurs physiques et aux sportifs souhaitant approfondir leurs connaissances de l'activité football. Les aspects scientifiques abordés ainsi que leur transposition en outils de terrain pourront être utilisés comme moyen d'évaluation et d'orientation des séances d'entraînement. Ainsi, au travers de ce travail, nous avons abordé le ratio entre le temps de travail et le temps de récupération réalisés en matches de très haut niveau dans le Championnat de Première Division Italienne au cours de la saison 2004/2005. Ce ratio moyen de compétition est de 1/8, à savoir 2.2 secondes d'effort et 18 secondes de récupération. La deuxième partie de ce travail consistait à analyser l'évolution du profil d'effort et la possession de balle collective de footballeurs de très haut niveau au cours de trois saisons consécutives avec un effectif et un staff technique stables. L'étude a permis de mettre en avant une diminution de la quantité d'effort produite par les joueurs de l'ordre de 5% sans altération de la performance ainsi que l'augmentation de la possession de balle collective. La troisième et dernière partie a été de créer et d'analyser un test d'agilité spécifique à l'activité football. Après, une analyse complète des différents éléments liés à la reproductibilité et à la validité du test, il s'avère que ce test semble rendre compte de l'activité motrice du footballeur. De plus, les mesures réalisées dans le cadre de ce travail ont permis de fournir les premières normes de performance qui peuvent être attendues en fonction de l'âge du joueur et de son niveau de jeu. Au terme de notre travail, nous pouvons conclure que cette thèse a apporté des résultats spécifiques pour orienter l'entraînement athlétique du footballeur moderne et à proposer un nouvel outil de détection des jeunes footballeurs.

La robotique d'intervention doit répondre au besoin constant d'aller toujours plus loin et plus vite. Dans ce cadre, les robots mobiles tout terrain seront soumis à de fortes sollicitations telles que les glissements, impactes et pertes de contact, qui peuvent les déstabiliser et compromettre leur mission. Cette thèse contribue à l'élaboration de commandes garantissant une qualité de suivi du chemin de référence et une certaine marge de stabilité vis-à-vis des risques de retournement. Aussi, la thèse propose un nouveau dispositif mécatronique actif permettant le contrôle du roulis du véhicule et l'augmentation des performances de mobilité, et en particulier la maîtrise de sa dynamique lors des virages. Les commandes développées sont basées sur des modèles physiques qui prennent en compte la dynamique du véhicule ainsi que les glissements aux interfaces roue-sol. Ces modèles font l'objet d'une validation et d'une identification à partir de résultats expérimentaux effectués sur le robot FAST-A (un des deux démonstrateurs du projet ANR-FAST). Ces modèles analytiques et ces résultats expérimentaux sont aussi comparés à un modèle de simulation complet à 16 ddl développé sous MD Adams, dans lequel les mécanismes de suspension, de direction et de traction, ainsi que les conditions de contact roue-sol sont représentés plus finement. Une première commande basée sur l'approche LQR a été utilisée pour le problème de suivi de chemin. Elle considère une dynamique linéaire du véhicule, ainsi qu'un modèle linéarisé de la cinématique du robot en relation avec sa trajectoire de référence. La commande s'appuie sur une optimisation des erreurs de suivi et des entrées du système. Les performances de cette commande ont été évaluées sur le simulateur Adams ainsi que sur le robot réel. Elles ont été aussi comparées à une seconde commande de type prédictive MPC. Grâce à sa capacité de prédiction et d'anticipation sur les futures changements des signaux de consigne, cette dernière basée sur l'approche non-linéaire généralisée et à temps continu (NCGPC) s'est avérée plus précise en terme de suivi de chemin et plus douce en terme de signal de commande. La méthode utilisée a été étendue à tout système MIMO ayant des nombres arbitraires d'entrées et de sorties. Enfin, nous avons développé une commande linéaire MPC du dispositif de roulis. Celle-ci s'appuie sur une optimisation sur un horizon de temps fini d'un certain critère composé d'un indice de stabilité et d'un indice de consommation énergétique du dispositif intégré. Le comportement obtenu s'apparente au comportement d'un pilote de moto qui se penche à l'intérieur du virage pour contrecarrer la force centrifuge. L'indice de stabilité utilisé est défini par le transfert de charge latéral entre les roues droites et gauches. Les résultats de simulation de ce dispositif sont très encourageants puisqu'on observe une réduction du transfert de charge d'à peu près 30%, donc une augmentation de la sécurité de l'appareil et enfin une gamme de vitesses plus large (à rayon de courbure constant). Le dispositif en question est en cours de montage sur la plateforme FAST-B (second démonstrateur du projet ANR-FAST) et sera testé en situation réelle durant les mois de mars et avril 2012

Nous présentons dans ce manuscrit un dispositif optique combinant l'holographie digitale et la microscopie en champ noir dans le but de suivre en trois dimensions des nanoparticules d'or en mouvement dans des fluides transparents ou des milieux biologiques. Ce montage permet à partir d'un seul hologramme de localiser simultanément plusieurs particules en mouvement dans un volume épais, avec une précision de localisation indépendante de la positions des particules. Nous rappelons tout d'abord le principe de l'holographie et nous dresserons un état de l'art des techniques de suivi 3D existantes utilisant l'holographie digitale. Nous expliquons pourquoi l'utilisation d'une illumination en champ noir est nécessaire à l'observation de nanoparticules, étant donné leur très faible section efficace de diffusion. Ensuite, nous décrivons le dispositif mis en place ainsi que le logiciel développé pour la reconstruction des hologrammes numériques en temps réel. Enfin, nous présentons les résultats expérimentaux obtenus sur des particules en mouvement brownien ainsi que des résultats préliminaires de localisation de nanoparticules injectées dans des cellules vivantes.

Dans le cadre de nombreuses règlementations, l'établissement de stratégies de suivi des populations de cétacés est devenu un besoin prioritaire. Les principales caractéristiques d'une stratégie de suivi sont la signification écologique, la crédibilité statistique et le rapport qualité/coût élevé. La mise en place d'indicateurs permet de réduire les coûts de suivi, et propose un outil de communication entre scientifiques et gestionnaires. Un indicateur est une donnée vérifiable et mesurable qui renseigne sur plus qu'elle-même. La collecte des données d'échouages est peu coûteuse, mais l'absence de stratégie d'échantillonnage des populations en mer est une entrave à leur utilisation dans le cadre de stratégies de suivi. L'objectif de cette thèse est de développer des indicateurs des populations de cétacés à partir des données d'échouages. Quatre indicateurs ont été développés au cours de cette thèse. La part des cétacés échoués par rapport aux cétacés morts en mer a été estimée. Les séries temporelles d'échouages ont été affranchies des conditions de dérive, par l'établissement de l'hypothèse nulle (hypothèse d'uniformité spatiale et temporelle des cétacés morts en mer) et constitue l'anomalie d'échouage. La cartographie de la mortalité de cétacés a été réalisée, et détermine le nombre de dauphins morts en mer, indépendamment de leur probabilité de s'échouer. Enfin la distribution de mortalité observée par rapport à la distribution attendue des cétacés morts sous l'hypothèse nulle a été calculée. Elle permet d'identifier des zones de fortes mortalité ou abondance relative. Ces quatre indicateurs pourront être intégrés à différents plans de gestion, nationaux ou internationaux.

Cette thèse présente une nouvelle approche pour contrôler des algorithmes de suivi d'objets mobiles. Plus précisément, afin de s'adapter aux variations contextuelles de suivi, cette approche apprend à régler les paramètres des algorithmes de suivi d'objets basés sur l'apparence ou sur les points d'intérêt. Le contexte de suivi d'une vidéo est défini par un ensemble de caractéristiques : la densité des objets mobiles, leur niveau d'occultation, leur contraste et leur surface 2D. Dans une phase d'apprentissage supervisée, des valeurs de paramètres satisfaisantes sont déterminées pour chaque séquence d'apprentissage. Puis ces séquences sont classifiées en groupant leurs caractéristiques contextuelles. A chaque contexte sont associées les valeurs de paramètres apprises. Dans la phase de contrôle en ligne, deux approches sont proposées. Pour la première approche, quand le contexte change, les paramètres sont réglés en utilisant les valeurs apprises. Pour la deuxième, le réglage des paramètres est réalisé quand le contexte change et quand la qualité de suivi (calculée par un algorithme d'évaluation en ligne) n'est pas assez bonne. Un processus d'apprentissage en-ligne met à jour les relations contextes/paramètres. L'approche a été expérimentée avec des vidéos longues, complexes et plusieurs ensembles de vidéos publiques. Cette thèse propose cinq contributions : (1) une méthode de classification des vidéos pour apprendre hors-ligne les paramètres de suivi, (2) un algorithme d'évaluation en-ligne du suivi, (3) une méthode pour contrôler en ligne le suivi, (4) un algorithme de suivi pouvant s'adapter aux conditions de la scène, (5) une méthode de suivi robuste basée sur le filtre de Kalman et un suivi global.

La recherche de performances toujours plus élevées conduit les systèmes de positionnement à dynamique élevée à la limite de leurs possibilités technologiques et structurelles, invalidant de ce fait l'hypothèse classiquement retenue d'une dynamique d'ensemble assimilable à celle d'un corps rigide. Il s'ensuit que la commande du système ne peut plus sous-estimer l'influence des phénomènes vibratoires sur la qualité du suivi de profil, mais doit moduler les efforts moteurs afin de réaliser l'adéquation entre les caractéristiques intrinsèques au système et les critères de rapidité et de précision escomptés. Les travaux développés dans cette étude visent une amélioration du comportement dynamique du système par une action sur la génération de commande. La génération de commande s'articule autour de deux principales fonctions: (1) l'élaboration d'une loi de mouvement pour la ou les variables du système à contrôler servant de référence pour les asservissements (commande indirecte) (2) la définition d'une précommande transformant la loi de mouvement en un signal de référence pour l'entrée du système physique (commande directe). Ces deux fonctions, correctement gérées, permettent de découpler les problèmes de régulation et de suivi de profil. Dans un premier temps, elles sont traitées spécifiquement pour le cas du mouvement d'un système monoaxe. Ainsi, l'influence de différentes classes de lois de mouvement (harmoniques, polynomiales, polynomiales par morceaux ou bang-bang) sur les vibrations et la durée du mouvement est formalisée. Une méthodologie d'élaboration d'une précommande adaptée aux souplesses d'un axe est présentée elle permet de mettre en exergue les contrainte.