Ce mémoire traite du développement et de la réalisation d'un robot mobile marcheur à six pattes : Hexapode. Tant la conception mécanique que celle du contrôleur utilise des principes biomimétiques, s'inspirant de la fourmi. Le développement de ce robot permet l'étude théorique et la concrétisation expérimentale de concepts menant à des démarches stables et efficaces. La notion de polygone de support et de retour permet de gérer adéquatement les paramètres de stabilité. Des critères de performance tels que la mobilité, l'autonomie et l'adaptabilité sont utilisés pour parvenir à générer les idées et les concepts derrière cette plate-forme. Les étapes préalables à la fabrication du robot ainsi que le prototype final, Hexapode, qui a été construit sont décrits. L'équilibrage statique du robot a été effectué afin de diminuer la consommation énergétique. La programmation hiérarchique qui se décompose en couche d'interface matérielle, de couche de coordination et de couche décisionnelle permet la gestion des déplacements, des séquences de fonctionnement et la prise de décision pour permettre au robot de mieux faire face à l'environnement dans lequel il évolue. Les applications où Hexapode se démarquerait sont celles qui requièrent la dextérité propre à l'exploration de terrain, ceci pourrait inclure des tâches spatiales ou terrestres.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / Un système de tenségrité correspond à un assemblage de composants qui sont chargés de manière axiale. Ce faisant, des câbles ou des ressorts peuvent être utilisés pour les composants en tension ce qui réduit la masse et l’inertie du système. Par conséquent, des mécanismes de tenségrité sont introduits dans cette thèse comme des alternatives aux mécanismes plus conventionnels pour certains types d’application. Les objectifs principaux de la thèse sont le développement et l’analyse de nouveaux mécanismes. La nécessité pour les mécanismes de tenségrité de toujours se retrouver dans des configurations où leurs câbles et leurs ressorts sont soumis à des forces de tension complique passablement leur développement. Par conséquent, une approche novatrice fondée sur l’utilisation de ressorts est proposée pour surmonter cette difficulté. Pour faciliter l’utilisation de cette approche, des règles qui s’appliquent à la quantité de ressorts utilisée dans une architecture sont présentées. À partir de ces règles et en s’inspirant de systèmes de tenségrité existants, deux mécanismes plans, trois mécanismes spatiaux et deux mécanismes modulaires sont développés. Chaque mécanisme est modélisé dans le but d’analyser sa cinématique, sa statique et sa dynamique. Étant donné la présence de degrés de liberté non contraints dans les architectures des mécanismes, les relations entre leurs variables d’entrée et de sortie dépendent des chargements externes, gravitationnels et inertiels qui leur sont appliqués. En supposant un régime quasi-statique, de telles relations peuvent être calculées avec une approche numérique. Toutefois, pour le cas spécifique où les mécanismes ne sont pas soumis à des chargements, des solutions analytiques sont trouvées. Ces solutions sont ensuite exploitées dans le calcul des frontières des espaces atteignables des mécanismes. Les degrés de liberté non contraints des mécanismes de tenségrité leur permettent de se déformer sous l’application de chargements externes. Une attention particulière est alors portée au calcul de la raideur des mécanismes ainsi que des limites des chargements pouvant être résistés sans perte de stabilité ou de tension dans les câbles. Des observations sont également faites concernant l’amortissement des vibrations des mécanismes dans les directions des degrés de liberté non contraints. / A tensegrity system corresponds to an assembly of components that are subjected only to axial loads. As a consequence, cables or springs can be used for the tensile components thus considerably reducing the mass and inertia of the system. With the goal of benefiting from these interesting properties, this thesis introduces tensegrity mechanisms as alternatives to more conventional type mechanisms for certain types of applications. The main objectives of the thesis are the development and analysis of novel mechanisms. The need for tensegrity mechanisms to remain in configurations where their cables and springs are subjected to tensile loads complicates their development signi- ficantly. Consequently, a new approach based on the use of springs is proposed to overcome this difficulty. In order to facilitate the use of this approach, certain rules pertaining to the quantity of springs used in a given architecture are formulated. Based on these rules, two planar mechanisms, three spatial mechanisms and two modular mechanisms are developed using existing tensegrity systems. Each new mechanism is modeled with the goal of analyzing its kinematics, statics and dynamics. Due to the presence of unconstrained degrees of freedom in the mechanisms’ architectures, relations between their input and output variables are influenced by any external, gravitational or inertial loads that might be acting. By assuming a quasi-static regime, such relations can be computed using a numerical approach. However, for the specific case where the mechanisms are not subjected to any loads, analytical solutions are found. These solutions are then exploited in order to compute the boundaries to the mechanisms’ workspaces. The mechanisms’ unconstrained degrees of freedom allow them to deform under the application of external loads. Special attention is thus given to the stiffness of the mechanisms as well as the limits of the external loads that they may resist without losing their stability or the tension in their cables. Observations are also made regarding the damping of the mechanisms’ vibrations along the unconstrained degrees of freedom.

Cette thèse présente une nouvelle approche qui permet la compensation dynamique de mécanismes à quatre barres, c'est-à-dire l'annulation de la somme des forces et moments qu'un mécanisme exerce sur son environnement. Depuis plus de trois décennies des chercheurs se penchent sur le problème de la compensation. Les premières recherches n'ont abordé que le problème de la compensation statique. Par la suite, les chercheurs ont commencé à attaquer le problème de la compensation dynamique tout en le simplifiant en imposant une vitesse constante. Suivant une évolution naturelle, le problème abordé est devenu de plus en plus général mais les mécanismes qui répondaient aux attentes sont devenus eux aussi de plus en plus complexe car on leurs greffait des contrepoids, des contre-rotations, des pantographes. De plus, les conditions trouvées permettant la compensation dynamique étaient souvent suffisantes mais pas toujours nécessaires. L'objectif de cette thèse est de trouver des contraintes de compensations dynamiques (CCD) exprimées en fonctions des paramètres physiques, qui soient nécessaires et suffisantes, sans rien ajouter au mécanisme. Un mécanisme simple sera donc utilisé pour faire la démonstration qu'il est possible de trouver des CCD nécessaires et suffisantes. L'analyse démontrera qu'il existe trois ensembles de CCD permettant la compensation dynamique des mécanismes à quatre barres. Une vérification de ces CCD faite d'une façon analytique à l'aide des équations de Lagrange et d'une façon numérique à l'aide de la méthode de Newton prouverons la validité des CCD. Par la suite, des mécanismes à cinq barres seront étudiés, par contre cette analyse sera moins fructueuse puisque les résultats démontreront que les mécanismes à cinq barres doivent avoir trois contre-rotations pour être compensés dynamiquement. Finalement, les mécanismes à quatre barres compensés dynamiquement serviront de modules pour construire des mécanismes complexes compensés dynamiquement. Des mécanismes sériels plans ainsi que des mécanismes parallèles plans à trois degrés de liberté seront présentés. Cette thèse a donc démontré qu'il était possible d'établir des contraintes de compensation dynamique nécessaires et suffisantes pour des mécanismes à quatre barres. De plus, la démonstrations a été faites que des mécanismes plan à trois degrés de liberté peuvent eux aussi être compensés dynamiquement lors qu'ils sont construits à partir de mécanismes à quatre barres. Cela met donc la première pierre à la voie qui pourrait conduire au développement de mécanismes spatiaux.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / L'objectif de ce projet de maîtrise est de contribuer à une meilleure compréhension des écoulements dans les conduits rectangulaires en rotation. Une attention particulière est apportée aux effets de bout et au développement de l'écoulement. Des simulations RANS en régime stationnaire ont démontré que la présence d'un écoulement secondaire de faible intensité est suffisante pour modifier le profil de vitesse axiale de façon à que ce dernier diffère significativement de la solution théorique 2D. En conséquence, les comparaisons entre les résultats expérimentaux et les simulations numériques 2D devraient être faites avec prudence. Les calculs stationnaires ont également montré que le développement de l'écoulement dans un canal tournant est affecté par l'apparition de cellules de type Taylor-Görtler le long du mur pression. Puisque ces tourbillons sont légèrement inclinés par rapport au plan horizontal, une solution stationnaire pleinement développée n'est jamais atteinte. Des simulations subséquentes en régime instationnaire dans un domaine périodique ont prouvé qu'une solution pleinement développée peut cependant exister dans un canal tournant, mais l'écoulement est alors formellement instationnaire car les cellules longitudinales sont convectées vers les bouts de la conduite par l'action de l'écoulement secondaire. / The objective of the present work is to provide a basic description and to contribute toward a better understanding of rotating high aspect ratio duct flows. Particular attention is given to end-wall effects and flow development. Steady RANS simulations have shown that the presence of a weak, but unavoidable, end-wall generated secondary flow produces sufficient transverse advection to alter the streamwise velocity profile in such a way that it differs noticeably from the theoretical 2D channel case. Thus, comparisons between experimental results and 2D numerical simulations should be performed very cautiously. Steady state calculations have also revealed that the flow development in a rotating duct is subtly affected by the appearance of longitudinal Taylor-Görtler type cells near the pressure wall. Since the roll cells are tilted toward the end-wall, no steady fully developed solution is ever reached. Subsequent unsteady flow calculation in a streamwise periodic domain have shown that a fully developed solution can exist in a rotating duct, but the resulting flow field is formally unsteady due to the convection of the roll cells toward the end-wall.

La proportion d'acier produit par des fours à arc électrique ne cesse de croître, atteignant actuellement environ 50 % de la production d'acier dans le monde. Il est donc important d'assurer de bons rendements de production par soucis d'économies mais aussi pour préserver notre environnement. Les progrès entrepris dans le domaine du calcul numérique fournissent des alternatives intéressantes pour répondre à ces préoccupations. La présente étude met en place un modèle simplifié de four à arc électrique, dans lequel nous prenons uniquement en compte dans le système la scorie baignant dans le four. Nous mettons en œuvre un modèle numérique permettant d'étudier l'influence des paramètres géométriques sur la performance du four. Dans le présent mémoire, nous nous intéressons, d'une part, aux effets du rapport de la hauteur sur la largeur du four H/L sur la proportion de bain en fusion et sur l'épaisseur des bancs solides aux parois, et d'autre part, aux effets du rapport de forme de la zone d'apport et de la quantité de chaleur apportée. L'enjeu est alors de maximiser la fraction liquide moyenne atteinte en régime permanent tout en gardant une épaisseur de couche solide suffisante aux parois, cela dans le but d'éviter la détérioration prématurée du four. Cette étude sera enfin l'occasion de poser les bases d'un modèle de changement de phase simplifié, où l'on ne se soucierait plus des variables de vitesse et de pression, mais seulement de la température, ce qui aurait pour principal intérêt la diminution des temps de calculs tout en reproduisant le plus fidèlement possible les résultats escomptés.

Ces travaux portent sur l'optimisation de structures stratifiées en utilisant un algorithme génétique. Un programme d'optimisation est développé et est ensuite appliqué à la résolution d'une série de problèmes d'optimisation pour lesquels les variables de design peuvent appartenir soit à un domaine discret soit à un domaine continu. Tout d'abord, il est question de problèmes où le nombre de plis, le matériau et l'épaisseur des plis sont fixés. Les variables de design sont alors l'orientation de chaque pli qui peut prendre, dans un premier cas, des valeurs discrètes (0ʻ, ł45ʻ, 90ʻ) puis des valeurs continues (de 0ʻ à 90ʻ). Deuxièmement, il est question de problèmes pour lesquels le nombre de plis et le matériau des plis deviennent des variables de design qui s'ajoutent alors à l'orientation des plis. Dans ces cas, la valeur des variables de design (matériaux et orientations) est choisie dans une liste de valeurs. / L'objectif de ces problèmes est, en premier lieu, la minimisation du poids ou du coût de la structure sous différentes contraintes et finalement, la minimisation du poids et du coût simultanément avec une formulation multi-objectifs. L'algorithme génétique développé utilise une stratégie multi-élitiste et empêche la présence d'individus identiques dans la population. Finalement, un algorithme génétique hybride, combinant l'algorithme génétique et une recherche locale, est développé et ensuite testé sur ces mêmes problèmes. Cette hybridation de l'algorithme résulte en une diminution du temps de calcul exigé et en une amélioration substantielle des résultats.

Dans le contexte actuel de protection des ressources naturelles de façon durable, la maîtrise des pulvérisations agricoles de pesticide est essentielle. La simulation numérique de tels écoulements est rendue indispensable tant les essais en champ sont difficiles. Dans le cadre du projet RECUPAIR, on cherche à construire, valider puis optimiser un modèle numérique pour simuler les écoulements dans une vigne. Pour éviter de modéliser la déformation du feuillage due au jet, nous avons construit puis validé successivement des modélisations à feuilles mixtes (une partie imperméable au centre et deux extrémités poreuses) puis totalement poreuses. L'optimisation de la perméabilité des feuilles est faite par comparaison statistique des vitesses moyennes avec des mesures en champ. Enfin, le rôle de l'écran récupérateur est examiné. Les comparaisons sont très satisfaisantes compte tenu des erreurs expérimentales et numériques. Cette nouvelle méthode de prévision de pulvérisation constitue donc une avancée intéressante dans le domaine agricole.

Ce mémoire traite de stratégies d'assemblage et de désassemblage dans un contexte de maintenance et de valorisation de produits en fin de cycle de vie. L'objectif visé est de proposer une stratégie de désassemblage permettant d'effectuer rapidement et économiquement les actions de maintenance ou de récupérer efficacement des composants d'un produit. Le mémoire analyse les principales stratégies de désassemblage proposées dans la littérature. Les méthodes de résolution du désassemblage sont étudiées en considérant, les besoins, les types de produits et le niveau de désassemblage. Parmi les méthodes examinées, on retrouve les réseaux de pétri, les algorithmes génétiques et des algorithmes basés sur la géométrie des composants. Ces démarches se traduisent en outils d'aide à décision pour le développement et la mise en œuvre de stratégies de désassemblage. Finalement, ces différentes stratégies étudiées sont classées et comparées en fonction de leurs capacités, de leurs limites, et des différents objectifs.

L'objectif de ce mémoire est de développer des interfaces de contrôle et d'identification du robot IBM 7576 avec le modèle de base dans lequel, nous traitons l'aspect général des contrôleurs de manipulateurs et conceptuel du fonctionnement du robot. Faire établir la communication entre le robot et l'ordinateur via toutes les cartes d'acquisitions, créer une interface ayant deux fonctions (contrôle et identification) du robot IBM 7576.

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