L'éco-routage est une méthode de navigation du véhicule qui sélectionne les trajets vers une destination minimisant la consommation de carburant, la consommation d'énergie ou les émissions de polluants. C'est l'une des techniques qui tentent de réduire les coûts d'exploitation et l'empreinte environnementale du véhicule. Ce travail passe en revue les méthodes actuelles d'éco-routage et propose une nouvelle méthode pour pallier leurs insuffisances. La plupart des méthodes actuelles attribuent à chaque route du réseau routier un coût constant qui représente la consommation du véhicule ou la quantité de polluants émis. Un algorithme de routage optimal est ensuite utilisé pour trouver le chemin qui minimise la somme de ces coûts. Différentes extensions sont considérées dans la littérature. L'éco-routage contraint permet d'imposer des limites sur le temps de trajet, la consommation d'énergie et les émissions de polluants. L'éco-routage dépendant du temps permet le routage sur un graphique avec des coûts qui sont fonction du temps. L'éco-routage adaptatif permet de mettre à jour la solution d'éco-routage au cas où elle deviendrait invalide en raison d'un développement inattendu sur la route. Il existe des méthodes d'éco-routage optimales publiées qui résolvent l'éco-routage dépendant du temps ou l'éco-routage contraint ou l'éco-routage adaptatif. Chacun vient avec des frais généraux de calcul considérablement plus élevés par rapport à l'éco-routage standard et, à la connaissance de l'auteur, aucune méthode publiée ne prend en charge la combinaison des trois: éco-routage adaptatif dépendant du temps contraint. On soutient dans ce travail que les coûts d'acheminement sont incertains en raison de leur dépendance au trafic immédiat autour du véhicule, du comportement du conducteur et d'autres perturbations. Il est en outre soutenu que puisque ces coûts sont incertains, il y a peu d'avantages à utiliser un routage optimal car l'optimalité de la solution ne tient que tant que les coûts de routage sont corrects. Au lieu de cela, une méthode d'approximation est proposée dans ce travail. La charge de calcul est plus faible car la solution n'est pas requise pour être optimale. Cela permet l'éco-routage adaptatif dépendant du temps contraint. / Eco-routing is a vehicle navigation method that selects those paths to a destination that minimize fuel consumption, energy consumption or pollutant emissions. It is one of the techniques that attempt to lower vehicle's operational cost and environmental footprint. This work reviews the current eco-routing methods and proposes a new method designed to overcome their shortcomings. Most current methods assign every road in the road network some constant cost that represents either vehicle's consumption there or the amount of emitted pollutants. An optimal routing algorithm is then used to find the path that minimizes the sum of these costs. Various extensions are considered in the literature. Constrained eco-routing allows imposing limits on travel time, energy consumption, and pollutant emissions. Time-dependent eco-routing allows routing on a graph with costs that are functions of time. Adaptive eco-routing allows updating the eco-routing solution in case it becomes invalid due to some unexpected development on the road. There exist published optimal eco-routing methods that solve either the time-dependent eco-routing, or constrained eco-routing, or adaptive eco-routing. Each comes with considerably higher computational overhead with respect to the standard eco-routing and, to author's best knowledge, no published method supports the combination of all three: constrained time-dependent adaptive eco-routing. It is argued in this work that the routing costs are uncertain because of their dependence on immediate traffic around the vehicle, on driver's behavior, and other perturbations. It is further argued that since these costs are uncertain, there is little benefit in using optimal routing because the optimality of the solution holds only as long as the routing costs are correct. Instead, an approximation method is proposed in this work. The computational overhead is lower since the solution is not required to be optimal. This enables the constrained time-dependent adaptive eco-routing.

Cette thèse a pour objet l'étude d'algorithmes pour des applications de réalité visuellement augmentée. Plusieurs besoins existent pour de telles applications, qui sont traités en tenant compte de la contrainte d'indistinguabilité de la profondeur et du mouvement linéaire dans le cas de l'utilisation de systèmes monoculaires. Pour insérer en temps réel de manière réaliste des objets virtuels dans des images acquises dans un environnement arbitraire et inconnu, il est non seulement nécessaire d'avoir une perception 3D de cet environnement à chaque instant, mais également d'y localiser précisément la caméra. Pour le premier besoin, on fait l'hypothèse d'une dynamique de la caméra connue, pour le second on suppose que la profondeur est donnée en entrée: ces deux hypothèses sont réalisables en pratique. Les deux problèmes sont posés dans lecontexte d'un modèle de caméra sphérique, ce qui permet d'obtenir des équations de mouvement invariantes par rotation pour l'intensité lumineuse comme pour la profondeur. L'observabilité théorique de ces problèmes est étudiée à l'aide d'outils de géométrie différentielle sur la sphère unité Riemanienne. Une implémentation pratique est présentée: les résultats expérimentauxmontrent qu'il est possible de localiser une caméra dans un environnement inconnu tout en cartographiant précisément cet environnement.

Cette thèse a pour objet l'étude d'algorithmes pour des applications de réalité visuellement augmentée. Plusieurs besoins existent pour de telles applications, qui sont traités en tenant compte de la contrainte d'indistinguabilité de la profondeur et du mouvement linéaire dans le cas de l'utilisation de systèmes monoculaires. Pour insérer en temps réel de manière réaliste des objets virtuels dans des images acquises dans un environnement arbitraire et inconnu, il est non seulement nécessaire d'avoir une perception 3D de cet environnement à chaque instant, mais également d'y localiser précisément la caméra. Pour le premier besoin, on fait l'hypothèse d'une dynamique de la caméra connue, pour le second on suppose que la profondeur est donnée en entrée: ces deux hypothèses sont réalisables en pratique. Les deux problèmes sont posés dans lecontexte d'un modèle de caméra sphérique, ce qui permet d'obtenir des équations de mouvement invariantes par rotation pour l'intensité lumineuse comme pour la profondeur. L'observabilité théorique de ces problèmes est étudiée à l'aide d'outils de géométrie différentielle sur la sphère unité Riemanienne. Une implémentation pratique est présentée: les résultats expérimentauxmontrent qu'il est possible de localiser une caméra dans un environnement inconnu tout en cartographiant précisément cet environnement. / The purpose of this thesis is to study algorithms for visual augmented reality. Different requirements of such an application are addressed, with the constraint that the use of a monocular system makes depth and linear motion indistinguishable. The real-time realistic insertion of virtual objects in images of a real arbitrary environment yields the need for a dense Threedimensional (3D) perception of this environment on one hand, and a precise localization of the camera on the other hand. The first requirement is studied under an assumption of known dynamics, and the second under the assumption of known depth: both assumptions are practically realizable. Both problems are posed in the context of a spherical camera model, which yields SO(3)-invariant dynamical equations for light intensity and depth. The study of theoreticalobservability requires differential geometry tools for the Riemannian unit sphere. Practical implementation on a system is presented and experimental results demonstrate the ability to localize a camera in a unknown environment while precisely mapping this environment.

Dans cette thèse, on explique la conception et la mise au point d'un système de navigation sans GPS pour un véhicule automobile. Ce système exploite des mesures de champs magnétiques réalisées à bord du véhicule en mouvement, combinées à des mesures inertielles réalisées à partir de capteurs MEMS bas coût. Il permet de reconstituer, à partir d'une condition initiale, la trajectoire du véhicule en temps réel. Un prototype fonctionnel complet est présenté ainsi que des résultats expérimentaux. La conception de ce système repose sur une analyse de l'observabilité d'un modèle classique du véhicule, qui permet d'établir comment les différents biais et défauts des capteurs peuvent être estimés grâce à des filtres de Kalman agencés suivant deux schémas d'interconnexion: par partition des variables d'états et par séquencement. Une analyse de convergence des schémas d'estimation est étudiée. En dernière partie du manuscrit, deux autres exemples de systèmes de navigation à base de capteurs MEMS sont décrits, celui du quadricoptère Parrot AR.Drone et celui de fusées expérimentales à propulsion hybride, pour lesquels les mêmes principes de conception sont appliqués.

Les systèmes de navigation par satellite (GNSS) font partie de notre quotidien. On peut présentement les trouver dans un ensemble d’applications. Avec les nouveaux besoins, des nouveaux enjeux sont aussi apparus : le traitement du signal dans les environnements urbains est extrêmement complexe. Dans cette thèse, le traitement des signaux GNSS à faible puissance est abordé, en particulier dans la première phase du traitement, nommé acquisition de signal. Le premier axe de rechercheporte sur l’analyse et la compensation de l’effet Doppler dans l’acquisition. Le décalage Doppler perçu par l’utilisateur est un des paramètres principaux pour la configuration du module d’acquisition. Dans cette étude, des solutions sont proposées pour trouver le meilleur compromis sensibilité-complexité propre à l’acquisition. En deuxième axe, la caractérisation des détecteurs différentiels est abordée, en particulier la quantification de sa sensibilité. Pour l’acquisition des signaux faibles, après une première phase d’intégration cohérente, il faut passer par une intégration «postcohérente» (noncohérente ou différentielle.) L’analyse exécutée ici permet de meilleur identifier le meilleur choix entre les deux possibilités. Le troisième axe de recherche est consacré à la méthode de Détection Collective (CD), une innovation qui fait l’acquisition simultanée de tous les signaux visible par le récepteur. Plusieurs analyses sont réalisées incluant l’amélioration de la procédure de recherche de la CD, et l’hybridisation avec l’acquisition standard. Enfin on effectuel’analyse de la CD dans un contexte multi-constellation, en utilisant simultanément des vrais signaux GPS et Galileo. / Satellite navigation (GNSS) is a constant in our days. The number of applications that depend on it is already remarkable and is constantly increasing. With new applications, new challenges have also risen: much of the new demand for signals comes from urban areas where GNSS signal processing is highly complex. In this thesis the issue of weak GNSS signal processing is addressed, in particular at the first phase of the receiver processing, known as signal acquisition. The first axe of research pursued deals with the analysis and compensation of the Doppler effect in acquisition. The Doppler shift that is experienced by a user is one of the main design drivers for the acquisitionmodule and solutions are proposed to improve the sensitivity-complexity trade-off typical of the acquisition process. The second axe of research deals with the characterization of differential GNSS detectors. After a first step of coherent integration, transition to post coherent (noncoherent or differential) integration is required for acquiring weak signals. The quantification of the sensitivity of differential detectors was not found in literature and is the objective of this part of the research. Finally, the third axe of research is devoted to multi-constellation Collective Detection (CD). CD is an innovative approach for the simultaneous processing of all signals in view. Severalissues related to CD are addressed, including the improvement of the CD search process and the hybridization with standard acquisition. Finally, the application of this methodology in the context of a multi-constellation receiver is also addressed, by processing simultaneously real GPS and Galileo signals.