Dans le domaine de la robotique les robots parallèles sont contraints à des tâches très spécifiques en comparaison avec leurs homologues sériels à cause de leur espace de travail plus restreint. L'objet de ce sujet de maitrise est de présenter une architecture de robot parallèle dont l'espace de travail est agrandi par l'introduction d'une redondance cinématique dans son architecture pour le cas plus particulier des robots sphériques. La première partie du mémoire présente l'architecture du robot sphérique. Son modèle cinématique est décrit puis les variables et paramètres qui seront utiles pour les calculs et analyses sont introduits. Les relations cinématiques entrée-sortie sont présentées au travers des matrices Jacobiennes du robot et le concept de singularité est discuté à la fin de cette partie. Les deux phénomènes limitant l'espace de travail sont principalement les interférences mécaniques, ce qui se comprend facilement, et les singularités. Ce qu'on appelle singularité dans le contexte des architectures robotiques sont des configurations du robot où des mobilités entrantes ou sortantes sont inopérantes. Puis, dans la seconde partie, on s'intéresse à l'équivalent architectural du robot présenté dans la première partie auquel la partie redondante a été retirée dans le but de mesurer l'impact de l'introduction de la redondance cinématique sur l'espace de travail du robot. L'architecture du robot simple est alors brièvement présentée, puis les configurations singulières de ce robot sont analysées par deux méthodes différentes : une méthode numérique et une méthode géométrique. Ensuite dans la troisième partie une analyse des lieux des singularités de l'architecture redondante est présentée et quelques contraintes architecturales intéressantes au regard de l'analyse des singularités précédente sont discutées. Les effets de l'introduction de la redondance cinématique sur l'espace de travail sont discutés à la fin de cette partie en analysant les résultats précédents. Dans la quatrième partie on s'intéresse à la résolution du problème géométrique inverse du robot. La redondance cinématique fait que pour une pose spécifique de l'effecteur du robot il existe une infinité de solutions pour les coordonnées articulaires. Dans ce chapitre on explore plusieurs choix possibles pour les coordonnées articulaires, les avantages et inconvénients de plusieurs méthodes sont évalués, puis un exemple de suivi de trajectoire est présenté. Enfin le problème des interférences mécaniques est discuté, notamment son influence sur l'espace de travail du robot. La dernière partie concerne l'élaboration d'un prototype de test pour le robot sphérique redondant. Les différents choix de designs faits, le dimensionnement des actionneurs ainsi que plusieurs problèmes spécifiques sont présentés.

Ce mémoire aborde la problématique de planification et contrôle des inventaires des pièces de rechange pour des systèmes assujettis à des défaillances aléatoires. Nous décrivons une série de modèles de décision pour gérer une gamme de pièces de rechange pour des réseaux constitués de plusieurs équipements en opération. Chaque équipement est composé d’une ou de plusieurs pièces qui sont nécessaires à son bon fonctionnement. Lorsqu’une pièce tombe en panne, elle est remplacée par une rechange, si disponible en stock, elle sera ensuite acheminée vers l’atelier de réparation pour la remettre en état de fonctionnement. Les modèles étudiés dans ce travail sont adaptés à une organisation disposant d’un réseau d’équipements, de canaux de transport, de stocks de pièces de rechange et de plusieurs stations de réparation. Les stocks et les stations sont déployés pour desservir un territoire, une zone ou une région, afin de garantir un niveau de service requis. Les modèles mathématiques proposés, décrivant les processus de défaillance, de réparation et de transport, utilisent la théorie des files d’attente. Celle-ci traduit fidèlement le phénomène de défaillance et de réparation provoqué par la contrainte de capacité des stations de réparation et des canaux de transport. Le processus stochastique qui engendre les arrivées des pièces défaillantes aux stations de réparation est supposé être un processus de Poisson. Les délais de traitement et de transit d’une pièce ne sont pas connus avec certitude, ils sont considérés comme des variables aléatoires qui suivent des distributions générales. Le système de gestion de stock des pièces de rechanges adopte une politique de transaction continue à réapprovisionnement unitaire (S-1, S). Dans ce travail, nous nous intéressons à l’analyse de l’évolution du système dans un régime permanent afin de trouver une politique de contrôle optimale qui dépend essentiellement de la quantité de pièces de rechange à garder en stock et de la capacité de traitement des stations de réparation. Nous développons aussi des modèles approximatifs pour traiter des configurations logistiques multi-échelon, ainsi que des demandes en urgence dans un échelon supérieur, et des transferts latéraux entre magasins de même échelon. Ces modèles sont ajustés pour faire face à des mesures de services différentes et pour traiter plusieurs références de pièces de rechange. Plusieurs algorithmes ont été proposés et implémentés, ils ont donné lieu à des résultats numériques dégageant des courbes d’efficiences (Coût, Niveau de service, Capacité) permettant aux gestionnaires de prendre des décisions éclairées le long du cycle de vie du système. En outre, une étude comparative très poussée a permis de démontrer l’exactitude des résultats obtenus par nos algorithmes avec les meilleures contributions publiées dans la littérature. Mots clés : pièces de rechange, gestion des stocks, politiques de maintenance, politiques de contrôle des stocks, fonction de renouvellement, files d’attente, chaînes logistiques, systèmes multi-échelon. / This paper deals with the problem of planning and control of spare parts inventory for systems subject to random failures. We describe a series of decision models to manage a range of spare parts for networks made up of several equipment in operation. Each equipment is composed of one or more parts that are necessary for its proper functioning. When part breaks down, it is replaced by another, if available in stock., it will then be taken to the repair station to restore it to its working condition. The models studied in this work are adapted to an organization with a network of equipment, transport channels, stocks of spare parts and several repair stations. Inventories and stations are deployed to serve a territory, zone or region to ensure a required level of service. The proposed mathematical models, describing the failure, the repair and the transport processes, use the queuing theory. It accurately reflects the phenomenon of failure and repair caused by the capacity constraints of repair stations and transport channels. The stochastic process that generates the arrival of failure parts at repair stations is assumed to be a Poisson process. The processing and transit times of a part are not known with certainty, they are considered as random variables, which follow general distributions. The spare parts inventory management system adopts a continuous transaction policy with unit replenishment (S-1, S). In this thesis, we are interested in analyzing the evolution of the system in a permanent regime, in order to find an optimal control policy which depends essentially on the number of spare parts to be kept in stock and the processing capacity of repair stations. We also develop approximate models to deal with multi-echelon logistic configurations, as well as emergency requests in a higher echelon, and lateral transfers between stores of the same echelon level. These models are adjusted to deal with different service measures and to handle several spare parts references. Several algorithms have been proposed and implemented, giving rise to numerical results yielding efficiency curves (Cost, Service Level, Capacity) allowing managers to make informed decisions throughout the life cycle of the system. In addition, a very detailed comparative study has been conducted to demonstrate the accuracy of the results obtained by our algorithms with the best contributions published in the literature. Keywords: Spare parts inventory management, maintenance policies, inventory control policies, renewal function, queuing system, supply chains, multi-echelon networks.

Les robots parallèles à câbles sont de plus en plus utilisés et étudiés, particulièrement dans le domaine de la recherche. Une des applications d'intérêts est leur usage en tant qu'interface haptique. Leur grand espace de travail et leur faible inertie en font de bons candidats pour en faire des interfaces de taille humaine. Une des applications intéressantes serait d'utiliser ce type d'interfaces dans le domaine de la santé, plus spécifiquement en réadaptation physique. Comme ces interfaces sont capables de reproduire des efforts à l'utilisateur, celles-ci peuvent être utilisées pour faire travailler les muscles. C'est dans cette optique que les recherches rapportées dans cette thèse ont été accomplies. Cette thèse présente donc premièrement des avancées plus générales aux mécanismes parallèles à câbles permettant leur utilisation en tant qu'interface haptique, pour ensuite se spécialiser dans la création d'un prototype d'interface haptique entraîné par câble combiné à un retour visuel immersif comme un casque de réalité virtuelle par exemple. La thèse se termine avec l'évaluation préliminaire du prototype développé qui est installé dans un centre de recherche en réadaptation physique et qui, dans un avenir rapproché, pourra servir à l'avancement de la recherche dans le domaine de la réadaptation physique. / Cable driven parallel robots are studied and used more every day, especially in the research community. One interesting application is their use as haptic interfaces. Their big workspace and relatively low inertia makes them great candidates for human scale interfaces. One application of haptic interfaces of this scale is in health and physical readaptation. Since those interfaces are able to render forces, they can be used to train or evaluate physical capabilities. Research presented in this thesis aims at furthering knowledge in this domain. Some more general advances needed to make cable driven parallel mechanisms suitable haptic interfaces are presented first and then more specific developments toward the creation of a prototype haptic interface combined with a visual feedback are presented. The thesis ends with preliminary studies on the developed prototype installed in a research facility on physical readaptation.

Les fenêtres intelligentes présentent un potentiel important quant à la réduction de la consommation d’énergie dans les bâtiments et permettent d’assurer le confort visuel des occupants. Depuis le début des années 90, la recherche sur les technologies de fenêtres intelligentes s’est accentuée tant au niveau des technologies elles-mêmes qu’au niveau des types de contrôle qu’on peut leur appliquer pour gérer le plus efficacement possible le rayonnement solaire qui les traverse. Plusieurs laboratoires de recherche tels que le Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) se sont penché sur la question. L’évolution de la recherche dans ce domaine démontre toute la complexité associée à l’évaluation rigoureuse des performances des fenêtres intelligentes. De par sa capacité à gérer le rayonnement solaire, il va de soi que ce genre de technologies nécessite la connaissance du rayonnement solaire incident pour faciliter la prise de décision quant au contrôle à apporter. Étant donnés les coûts des technologies de capteurs de rayonnement solaire existantes et la limitation de certains quant à leur précision (lors de fluctuations du spectre électromagnétique et/ou des températures ambiantes), l’utilisation de capteurs de rayonnement solaire dédiés au contrôle de fenêtre intelligente est donc limitée. Par ailleurs, les connaissances sont encore limitées concernant les conditions permettant d’optimiser le contrôle de ce genre de technologies en termes d’énergie et de confort. L’objectif général de cette thèse est d’élargir les connaissances scientifiques sur le potentiel des technologies de fenêtres électrochromes quant à leur capacité à augmenter la performance énergétique et le confort des occupants dans les bâtiments. Dans un premier temps, un nouveau type de capteur de rayonnement solaire à faible coût est présenté. Ce capteur utilise la différence de température entre une surface blanche et une surface noire pour estimer le flux solaire radiatif traversant les ouvertures d’un bâtiment. Les mesures de rayonnement solaire sont corrélées aux températures de surfaces à l’aide un modèle thermique du capteur en 1D. Deux différents modèles de capteur sont présentés et les résultats obtenus sont comparés aux mesures solaires de référence obtenues par un pyranomètre. Il a été démontré que les modèles de capteurs présentent des précisions suffisantes pour un contrôle efficace. Finalement, il est observé que la période de calibration des capteurs requiert minimalement une demi-journée de mesures sous des conditions de ciel clair incluant le midi solaire. Dans un deuxième temps, l’impact des stratégies de contrôle de fenêtre intelligente sur la consommation énergétique globale est évalué. L’état des fenêtres intelligentes nécessaire à toute heure de la journée pour permettre une minimisation de la consommation d’énergie globale tout en respectant les contraintes reliées au confort thermique et visuel est déterminé à l’aide d’une stratégie d’optimisation basée sur des algorithmes génétiques. Ce contrôle quasi-optimal est alors comparé à d’autres approches qui peuvent être adaptées à des applications en temps réel, soit des contrôles fondés sur des règles et un modèle de contrôle prédictif. Les impacts de la masse thermique et de la puissance du système d’éclairage installé sont également analysés. Les résultats montrent que les quatre stratégies de contrôle à l’étude présentent une consommation énergétique similaire avec des écarts de consommation globale variant de 4% à 10%. Cette étude illustre que des stratégies de contrôle plus simple permettent d’obtenir des résultats satisfaisants. Finalement, une analyse de sensibilité basée sur une grande variété de combinaison de paramètres de design est réalisée. Des résultats énergétiques et de confort pour un total de 7680 scénarios sont obtenus et utilisés dans cette analyse considérant l’effet principal des paramètres de design du bâtiment. L’influence relative des paramètres est présentée et les différents designs améliorant les résultats sont déterminés. Les résultats montrent que la meilleure économie d’énergie avec fenêtres intelligentes se trouve dans des climats chauds avec une exposition élevée aux rayons solaires. La présence de fenêtres intelligentes influence principalement la charge de refroidissement maximale et agit comme une solution alternative à la masse thermique en termes de réduction potentielle de cette charge maximale. Bien que le choix de la stratégie de contrôle ait un impact limité sur l’économie d’énergie réalisée et la réduction de la charge maximale, l’analyse permet de constater que ce paramètre a un impact encore plus important sur le confort visuel. L’utilisation de fenêtres intelligentes ne semble pas influencer grandement le confort thermique à l’intérieur de la zone. / Smart windows present a huge potential in terms of energy consumption reduction in buildings while also offering the possibility to assure occupants’ visual comfort. Since the early nineties, research in the field of smart windows gains a lot of interest on both the technologies and the controls that could be applied on such technologies to manage more efficiently solar gains passing through these windows. Many different well-known entities such as the Lawrence Berkeley National Laboratory invested efforts in this field and demonstrated the great complexity related to the thorough evaluation of smart window performances. Given its capacity to manage solar radiation, it makes sense to benefit from solar radiation measurements to control efficiently such technology. However, the costs and other technical related limitations reduce the potential to use readily available solar sensors for smart window control. Moreover, general knowledge is still limited regarding the conditions leading to optimal control decisions of smart windows. The main objective of this thesis was to gain a better understanding of how electrochromic windows could lead to improved performances in terms of energy consumption and thermal comfort. First, a new design of low cost solar sensor is proposed. The sensor uses the difference in temperature of white and black surfaces to estimate the solar heat flux through building openings. Results of solar radiation measurements are obtained through a correlation based on a 1D thermal model of the sensor. Two designs of the sensor are presented and obtained results compared with solar measurements of a high precision pyranometer. It was shown that the new sensors present sufficient accuracy for smart window control applications. Finally, it was observed that ideal sensors calibration period should consider at least half a day of measurements, including solar peak time, and should be done during clear sky conditions. Then, the impact of the applied control strategy on the overall energy consumption is investigated. The hour-by-hour state of the smart windows required to minimize overall energy consumption while respecting constraints related to comfort is determined through an optimization strategy based on genetic algorithms. This quasi-optimal control is compared to other approaches that could be applied in real-time applications, i.e. rule-based controls and a model predictive control. The impacts of thermal mass and installed light power density are also analyzed. Results show that the four control strategies under study presented similar energy consumption with differences in total energy consumption ranging from 4% to 10%. This study illustrates that simpler control strategies can also lead to satisfying results. Finally, a sensitivity analysis based on a large number of different combinations of design parameters is performed. Results related to energy and for a total of 7680 scenarios were obtained and used in this analysis considering the Main effect of the building parameters. The relative influence of the parameters is presented and the different designs improving the outputs are determined. Results have shown that the greatest total energy savings considering EC windows are for warmer climates with higher solar radiation exposures. The presence of an EC window mostly influences the cooling peak load and acts as an alternative solution to thermal mass from the perspective of peak reductions. While the choice of the specific window control strategy is having a limited impact on the energy savings and peak load reductions, the analysis revealed that this parameter has a larger impact on the visual comfort. The use of smart window does not appear to greatly influence the thermal comfort within the zone.

L'accès aux services de santé et les longs délais d'attente sont l’un des principaux problèmes dans la plupart des pays du monde, dont le Canada et les États-Unis. Les organismes de soins de santé ne peuvent pas augmenter leurs ressources limitées, ni traiter tous les patients simultanément. C'est pourquoi une attention particulière doit être portée à la priorisation d'accès des patients aux services, afin d’optimiser l’utilisation de ces ressources limitées et d’assurer la sécurité des patients. En fait, la priorisation des patients est une pratique essentielle, mais oubliée dans les systèmes de soins de santé à l'échelle internationale. Les principales problématiques que l’on retrouve dans la priorisation des patients sont: la prise en considération de plusieurs critères conflictuels, les données incomplètes et imprécises, les risques associés qui peuvent menacer la vie des patients durant leur mise sur les listes d'attente, les incertitudes présentes dans les décisions des cliniciens et patients, impliquant l'opinion des groupes de décideurs, et le comportement dynamique du système. La priorisation inappropriée des patients en attente de traitement a une incidence directe sur l’inefficacité des prestations de soins de santé, la qualité des soins, et surtout sur la sécurité des patients et leur satisfaction. Inspirés par ces faits, dans cette thèse, nous proposons de nouveaux cadres hybrides pour prioriser les patients en abordant un certain nombre de principales lacunes aux méthodes proposées et utilisées dans la littérature et dans la pratique. Plus précisément, nous considérons tout d'abord la prise de décision collective incluant les multiples critères de priorité, le degré d'importance de chacun de ces critères et de leurs interdépendances dans la procédure d'établissement des priorités pour la priorisation des patients. Puis, nous travaillons sur l'implication des risques associés et des incertitudes présentes dans la procédure de priorisation, dans le but d'améliorer la sécurité des patients. Enfin, nous présentons un cadre global en se concentrant sur tous les aspects mentionnés précédemment, ainsi que l'implication des patients dans la priorisation, et la considération des aspects dynamiques du système dans la priorisation. À travers l'application du cadre global proposé dans le service de chirurgie orthopédique à l'hôpital universitaire de Shohada, et dans un programme clinique de communication augmentative et alternative appelé PACEC à l'Institut de réadaptation en déficience physique de Québec (IRDPQ), nous montrons l'efficacité de nos approches en les comparant avec celles actuellement utilisées. Les résultats prouvent que ce cadre peut être adopté facilement et efficacement dans différents organismes de santé. Notamment, les cliniciens qui ont participé à l'étude ont conclu que le cadre produit une priorisation précise et fiable qui est plus efficace que la méthode de priorisation actuellement utilisée. En résumé, les résultats de cette thèse pourraient être bénéfiques pour les professionnels de la santé afin de les aider à: i) évaluer la priorité des patients plus facilement et précisément, ii) déterminer les politiques et les lignes directrices pour la priorisation et planification des patients, iii) gérer les listes d'attente plus adéquatement, vi) diminuer le temps nécessaire pour la priorisation des patients, v) accroître l'équité et la justice entre les patients, vi) diminuer les risques associés à l’attente sur les listes pour les patients, vii) envisager l'opinion de groupe de décideurs dans la procédure de priorisation pour éviter les biais possibles dans la prise de décision, viii) impliquer les patients et leurs familles dans la procédure de priorisation, ix) gérer les incertitudes présentes dans la procédure de prise de décision, et finalement x) améliorer la qualité des soins. / Access to health care services and long waiting times are one of the main issues in most of the countries including Canada and the United States. Health care organizations cannot increase their limited resources nor treat all patients simultaneously. Then, patients’ access to these services should be prioritized in a way that best uses the scarce resources, and to ensure patients’ safety. In fact, patients’ prioritization is an essential but forgotten practice in health care systems internationally. Some challenging aspects in patients’ prioritization problem are: considering multiple conflicting criteria, incomplete and imprecise data, associated risks that threaten patients on waiting lists, uncertainties in clinicians’ decisions, involving a group of decision makers’ opinions, and health system’s dynamic behavior. Inappropriate prioritization of patients waiting for treatment, affects directly on inefficiencies in health care delivery, quality of care, and most importantly on patients’ safety and their satisfaction. Inspired by these facts, in this thesis, we propose novel hybrid frameworks to prioritize patients by addressing a number of main shortcomings of current prioritization methods in the literature and in practice. Specifically, we first consider group decision-making, multiple prioritization criteria, these criteria’s importance weights and their interdependencies in the patients’ prioritization procedure. Then, we work on involving associated risks that threaten patients on waiting lists and handling existing uncertainties in the prioritization procedure with the aim of improving patients’ safety. Finally, we introduce a comprehensive framework focusing on all previously mentioned aspects plus involving patients in the prioritization, and considering dynamic aspects of the system in the patients’ prioritization. Through the application of the proposed comprehensive framework in the orthopedic surgery ward at Shohada University Hospital, and in an augmentative and alternative communication (AAC) clinical program called PACEC at the Institute for Disability Rehabilitation in Physics of Québec (IRDPQ), we show the effectiveness of our approaches comparing the currently used ones. The implementation results prove that this framework could be adopted easily and effectively in different health care organizations. Notably, clinicians that participated in the study concluded that the framework produces a precise and reliable prioritization that is more effective than the currently in use prioritization methods. In brief, the results of this thesis could be beneficial for health care professionals to: i) evaluate patients’ priority more accurately and easily, ii) determine policies and guidelines for patients’ prioritization and scheduling, iii) manage waiting lists properly, vi) decrease the time required for patients’ prioritization, v) increase equity and justice among patients, vi) diminish risks that could threaten patients during waiting time, vii) consider all of the decision makers’ opinions in the prioritization procedure to prevent possible biases in the decision-making procedure, viii) involve patients and their families in the prioritization procedure, ix) handle available uncertainties in the decision-making procedure, and x) increase quality of care.

Cette thèse présente deux nouvelles architectures de commande pour les interactions physiques humain-robot (pHRIs). Ces architectures sont spéciquement développées dans une vision d'implantation en industrie pour les manipulations d'assemblage. En effet, deux types de robots collaboratifs adaptés à dfférentes contraintes de l'industrie et ayant des interfaces d'interactions physiques différentes sont étudiés en utilisant chacun leur propre architecture de commande. Le premier robot collaboratif développé est un manipulateur entièrement actionné permettant des pHRIs dans son espace libre, c.-à-d., des interactions unilatérales, et des pHRIs lorsque ses mouvements sont contraints par un environnement quelconque, c.-à-d., des interactions bilatérales. Les interactions de l'humain peuvent s'effectuer sur n'importe quelles parties du robot grâce aux capteurs de couples dans les articulations. Cependant, si une amplication des forces de l'humain sur l'environnement est désirée, alors il est nécessaire d'utiliser le capteur d'efforts supplémentaire attaché au robot. Ceci permet à la commande, en combinant les lectures du capteur d'efforts à l'effecteur, d'utiliser le ratio des forces appliquées indépendamment par l'opérateur et par l'environnement an de générer l'amplication désirée. Cette loi de commande est basée sur l'admittance variable qui a déjà démontré ses bénéces pour les interactions unilatérales. Ici, l'admittance variable est adaptée aux interactions bilatérales an d'obtenir un seul algorithme de commande pour tous les états. Une loi de transition continue peut alors être dénie an d'atteindre les performances optimales pour chaque mode d'interaction qui, en fait, nécessitent chacun des valeurs de paramètres spéciques. Le cheminement et les résultats pour arriver à cette première architecture de commande sont présentés en trois étapes. Premièrement, la loi de commande est implémentée sur un prototype à un degré de liberté (ddl) an de tester le potentiel d'amplication et de transition, ainsi que la stabilité de l'interaction. Deuxièmement, un algorithme d'optimisation du régulateur pour les interactions bilatérales avec un robot à plusieurs ddls est développé. Cet algorithme vérie la stabilité robuste du système en utilisant l'approche des valeurs singulières structurées (- analysis), pour ensuite faire une optimisation des régulateurs stables en fonction d'une variable liée à la conguration du manipulateur. Ceci permet d'obtenir une loi de commande variable qui rend le système stable de façon robuste en atteignant des performances optimales peu iii importe la conguration des articulations du robot. La loi de commande trouvée utilise un séquencement de gain pour les paramètres du régulateur par admittance durant les interactions bilatérales. La stabilité et la performance du système sont validées avec des tests d'impact sur différents environnements. Finalement, la loi de commande en admittance variable optimale est implémentée et validée sur un robot manipulateur à plusieurs ddls (Kuka LWR 4) à l'aide de suivis de trajectoire pour des interactions unilatérales et bilatérales. Le deuxième robot collaboratif développé est un manipulateur partiellement actif et partiellement passif. L'architecture mécanique du robot est appelée macro-mini. Tous les degrés de liberté actionnés faisant partie du macro manipulateur sont doublés par les articulations passives du mini manipulateur. Le robot est alors sous-actionné. L'opérateur humain interagit uniquement avec le mini manipulateur, et donc, avec les articulations passives ce qui élimine tous délais dans la dynamique d'interaction. Ce robot collaboratif permet de dénir une loi de commande qui génère une très faible impédance lors des interactions de l'opérateur, et ce, même pour des charges utiles élevées. Malgré que des amplications de force ne peuvent être produites, les interactions bilatérales ont une stabilité assurée peu importe la situation. Aussi, les modes coopératif et autonome du robot utilisent les mêmes valeurs de paramètres de commande ce qui permet une transition imperceptible d'un à l'autre. La nouvelle loi de commande est comparée sur plusieurs aspects avec la commande en admittance variable précé- demment développée. Les résultats démontrent que cette nouvelle loi de commande combinée à l'architecture active-passive du macro-mini manipulateur, appelé uMan, permet des interactions intuitives et sécuritaires bien supérieures à ce qu'un système entièrement actionné peut générer. De plus, pour l'assistance autonome, une détection de collision avancée et une plani cation de trajectoire adaptée à l'architecture du robot sont développées. Des validations expérimentales sont présentées an d'évaluer la facilité à produire des manipulations nes, de démontrer la sécurité du système et d'établir la viabilité du concept en industrie. / This thesis presents two novel control architectures for physical human-robot interactions (pHRIs) which are specically designed for the assembly industry. Indeed, two types of pHRI manipulators, each adapted to different industrial constraints and with different physical interaction interfaces, are studied each with their own control architecture. The rst pHRI manipulator designed is fully actuated and allows pHRIs in its free space, i.e., unilateral interactions, as well as pHRIs when its motion is constrained by the environment, i.e., bilateral interactions. The human force input can be applied on any of the manipulator's links because of the torque sensors in the robot joints. However, if a human force amplication is desired on the environment, then it is required to use the additional force sensor appended to the robot. Using this approach, combined with the signal of the force sensor at the end effector, it is then possible to use the ratio between the human and environment forces in order to generate the desired amplication. This control law is based on the concept of variable admittance control which has already demonstrated its great benets for unilateral interactions. Here, this concept is extended to bilateral interactions in order to obtain a single control algorithm for both states. A continuous transition can thus be implemented between both interaction modes which require different parameter values in order to achieve their optimal performance. The workow and results to achieve this rst control architecture are presented in three steps. Firstly, the control law is implemented on a single-degree-of-freedom (dof) prototype in order to test the amplication and transition potential, as well as the stability of the interaction. Secondly, a control optimisation algorithm is developed for bilateral interactions with a multidof robot. This algorithm assesses the system's robust stability using the structured singular value approach (-analysis), to afterwards, optimize the stable controllers in relation to a manipulator's conguration-dependent variable. This approach leads to a variable control law yielding a robustly stable system that can reach optimal performances for any robot conguration. In fact, the admittance regulator parameters follow a gain scheduling paradigm for bilateral interactions. The stability and performance of the system are assessed using impact tests on different environments. Finally, the optimal variable admittance control law is implemented and validated on a multi-dof robot (Kuka LWR 4) using different trajectory v tracking tasks for unilateral and bilateral interactions. The second pHRI manipulator designed is partially active and partially passive. The robot's mechanical architecture is known as a macro-mini. All actuated dofs which are part of the macro manipulator are doubled with passive joints which are part of the mini manipulator. This robot is therefore underactuated. The human operator interacts solely with the mini manipulator and, thereby, solely with the passive joints which leads to an interaction dynamics free of any delay. It is possible with this pHRI manipulator to dene a control law that yields an extremely low interaction impedance, even for heavy payloads. Despite the fact that force amplication is impractical with this kind of mechanism, bilateral interactions are stable for all sorts of contact. Moreover, the robot's cooperative and autonomous modes use similar control parameter values which enables an imperceptible transition from one mode to the other. The new control law is compared on different aspects with the previously-dened variable admittance control law. Results show that this new control law combined with the active-passive macro-mini manipulator, also known as uMan, leads to intuitive and safe interactions that are considerably superior to any interaction using a fully actuated manipulator. Furthermore, for the autonomous mode, an advanced collision detection and a specicallyadapted trajectory planning are developed. Experimental validations are presented in order to assess the ease of ne manipulation, to demonstrate the system's safety, and to establish the viability of the concept for the industry.

Dans ce mémoire, une approche de calcul de sensibilité utilisée dans le domaine de l'optimisation, appelée la méthode adjointe, est explorée pour estimer et contrôler efficacement l'erreur en mécanique des fluides numérique (MFN). Les développements effectués ont été greffés à Fluent, un logiciel commercial. L'erreur est calculée en effectuant le produit scalaire du vecteur d'erreur de troncature liée à chaque équation de bilan et du vecteur des variables adjointes. Ces dernières sont intrinsèquement liées à une fonctionnelle sélectionnée par l'utilisateur (le rendement, la traînée, les pertes, etc.). En adaptant le maillage avec cette estimation d'erreur, l'adaptation devient très orientée vers le but spécifique de la simulation. Les résultats obtenus montrent que la méthode adjointe permet d'identifier les régions sensibles de la simulation. En adaptant la taille, l'étirement et l'orientation des cellules du maillage en conséquence, il est alors possible d'améliorer la précision numérique ou encore de limiter la taille de maillage requise pour une précision donnée. Quoique se limitant aux cas 2-D stationnaires, les résultats obtenus laissent entrevoir que les maillages adaptés représentent une amélioration substantielle comparativement aux maillages structurés utilisés actuellement. À terme, l'intégration des techniques d'adaptation dans les processus de simulation pourrait fortement influencer les façons de faire de l'Institut de Recherche d'Hydro-Québec (IREQ) ainsi que du Laboratoire de Machines Hydrauliques (LAMH) de l'Université Laval.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / Ce mémoire vise à contribuer à l'amélioration de la prédiction numérique des performances d'une turbine hydraulique par la quantification de l'impact de certains paramètres d'influence, autant physiques que méthodologiques. Pour ce faire, l'écoulement dans une turbine caractérisée par une chute de rendement près du meilleur point de fonctionnement a été étudié. Cette dernière est associée à une baisse abrupte du coefficient de récupération de l'aspirateur, une composante connue pour jouer un rôle capital dans les performances globales de la machine. L'accent a particulièrement été mis sur l'étude du débalancement de l'écoulement sous la roue, observé à la suite d'une campagne de mesure expérimentale effectuée sur le banc d'essai du CREMHyG à Grenoble. En effet, l'écoulement en sortie de roue est souvent considéré axisymétrique dans les simulations numériques, une simplification qui est en désaccord avec les données expérimentales du cas étudié dans ce projet de recherche. Afin d'identifier la nature du débalancement, une analyse critique a été menée sur les données expérimentales. Toutefois, aucune conclusion satisfaisante n'a pu être tirée puisqu'une inconsistance entre les données obtenues par LDV et celles obtenues par PIV a été décelée. Considéré statique, il a été démontré que la présence d'un tel débalancement à l'entrée de l'aspirateur altère considérablement la topologie de l'écoulement en aval ainsi que la prédiction des performances. De plus, certains aspects des simulations obtenus avec ce type de débalancement ne concordent pas avec les observations expérimentales, c'est notamment le cas pour la zone d'amorçage du décollement mais aussi pour l'écart de débit entre les deux pertuis. Il a également été montré que les simulations des composantes fixes en amont de l'aspirateur, incluant une importante partie de la conduite d'amenée, ne permettent pas de retrouver l'asymétrie de l'écoulement observée expérimentalement en sortie de roue. En effet, l'écoulement secondaire, associé à la présence d'une conduite coudée en amont de la bâche spirale, s'est avéré avoir très peu d'influence sur la distribution de l'écoulement dans l'avant-distributeur et dans le distributeur. La conduite menant jusqu'à l'entrée de la bâche spirale semble être assez longue pour que les modifications apportées au profil de vitesse deviennent insuffisantes pour perturber l'écoulement à cet endroit. / This master degree thesis aims at enhancing the numerical prediction of the performance of a hydraulic turbine by quantifying the impact of physical and methodological influencing parameters. To this end, the flow in a turbine characterised by an efficiency drop near the best efficiency point was studied. The latter is associated with a sharp drop in the recovery coefficient of the draft tube, a component known to play a key role in the global performance of the machine. Particular emphasis was placed on the study of the imbalance of the flow at the runner exit, observed following an experimental measurement campaign carried out on the CREMHyG test bench in Grenoble. Indeed, the flow at the runner exit is often considered axisymetric in numerical simulations, a simplification that is not consistent with the experimental data of the case studied in this research project. In order to identify the nature of the imbalance, a critical analysis was conducted on the experimental data. However, no satisfactory conclusion could be drawn since inconsistency between the data obtained by LDV and those obtained by PIV was identified. Considered static, it has been shown that the presence of such an imbalance at the inlet of the draft tube alters considerably the topology of the downstream flow as well as the prediction of the performances. Moreover, some aspects of the simulations obtained with this type of imbalance do not agree with the experimental observations, it is notably the case for the initiation zone of the flow detachment but also for the flow rate imbalance between the two draft tube channels. It has also been shown that the numerical simulations of fixed components upstream of the draft tube, including a large part of the penstock, do not allow to recover the asymmetry of the flow experimentally observed at the exit of the runner. Indeed, the secondary flow, associated with the presence of a bend upstream of the spiral case, proved to have a very little influence on the distribution of the flow in the distributor. The pipe leading to the entrance of the spiral case appears to be long enough for changes made in the velocity profile to become insufficient to disrupt the flow at this place.

Thèse en cotutelle, Université Laval et Université de Lorraine (Metz, France) / Les fournisseurs de services logistiques (3PLs) possèdent des potentialités pour activer les pratiques de développement durables entre les différents partenaires d’une chaîne logistique (Supply Chain SC). Il existe un niveau optimal d'intégration des 3PLs en tant que fournisseurs, pour s’attendre à des performances opérationnelles élevées au sein de toute la SC. Ce niveau se traduit par la distinction des activités logistiques à externaliser de celles à effectuer en interne. Une fois que les activités logistiques externalisés sont stratégiquement identifiées, et tactiquement dimensionnées, elles doivent être effectuées par des 3PLs appropriés afin d’endurer les performances économiques ; sociales ; et environnementales de la SC. La présente thèse développe une approche holistique pour concevoir une SC durable intégrant les 3PLs, dans un contexte incertain d’affaires et politique de carbone. Premièrement, une approche de modélisation stochastique en deux étapes est suggérée pour optimiser à la fois le niveau d'intégration des 3PLs, et le niveau d'investissement en technologies sobres au carbone, et ce dans le contexte d’une SC résiliente aux changements climatiques. Notre SC est structurée de façon à capturer trois principales préoccupations du Supply Chain Management d’une entreprise focale FC (e. g. le fabricant) : Sécurité d’approvisionnement, Segmentation de distribution, et Responsabilité élargie des producteurs. La première étape de l'approche de modélisation suggère un plan stochastique basé sur des scenarios plus probables, afin de capturer les incertitudes inhérentes à tout environnement d’affaires (e. g. la fluctuation de la demande des différents produits ; la qualité et la quantité de retour des produits déjà utilisés ; et l’évolution des différents coûts logistiques en fonction du temps). Puis, elle propose un modèle de programmation stochastique bi-objectif, multi-période, et multi-produit. Le modèle de programmation quadratique, et non linéaire consiste à minimiser simultanément le coût logistique total espéré, et les émissions de Gaz à effet de Serre de la SC fermée. L'exécution du modèle au moyen d'un algorithme basé sur la méthode Epsilon-contraint conduit à un ensemble de configurations Pareto optimales d’une SC dé- carbonisée, avant tout investissement en technologie sobre au carbone. Chacune de ces configurations sépare les activités logistiques à externaliser de celles à effectuer en interne. La deuxième étape de l'approche de modélisation permet aux décideurs de choisir la meilleure configuration de la SC parmi les configurations Pareto optimales identifiées. Le concept de Prix du Carbone Interne est utilisé pour établir un plan stochastique du prix de carbone, dans le cadre d'un régime de déclaration volontaire du carbone. Nous proposons un ensemble des technologies sobres au carbone, dans le domaine de transport des marchandises, disposées à concourir pour contrer les politiques incertaines de carbone. Un modèle stochastique combinatoire, et linéaire est développé pour minimiser le coût total espéré, sous contraintes de l’abattement du carbone; limitation du budget, et la priorité attribuée pour chaque Technologie Réductrice de carbone (Low Carbone Reduction LCR). L'injection de chaque solution Pareto dans le modèle, et la résolution du modèle conduisent à sélectionner la configuration de la SC, la plus résiliente aux changements climatiques. Cette configuration définit non seulement le plan d'investissement optimal en LCR, mais aussi le niveau optimal d’externalisation de la logistique dans la SC. Deuxièmement, une fois que les activités logistiques à externaliser sont stratégiquement définies et tactiquement dimensionnées, elles ont besoin d’être effectuées par des 3PL appropriées, afin de soutenir la FC à construire une SC durable et résiliente. Nous suggérons DEA-QFD / Fuzzy AHP- Conception robuste de Taguchi : Une approche intégrée & robuste, pour sélectionner les 3PL candidats les plus efficients. Les critères durables et les risques liés à l’environnement d’affaires, sont identifiés, classés et ordonnés. Le Déploiement de la Fonction Qualité (QFD) est renforcé par le Processus Hiérarchique Analytique (AHP), et par la logique floue pour déterminer avec consistance l'importance relative de chaque facteur de décision, et ce, conformément aux besoins logistiques réels, et stratégies d'affaires de la FC. L’Analyse d’Enveloppement des Données (DEA) Data Envelopment Analysis conduit à limiter la liste des candidats, uniquement à ceux d’efficiences comparables, et donc excluant tout candidat moins efficient. La technique de conception robuste Taguchi permet de réaliser un plan d'expérience qui détermine un candidat idéal nommé 'optimum de Taguchi' ; un Benchmark pour comparer les 3PLs candidats. Par suite, le 3PL le plus efficient est celui le plus proche de cet optimum. Nous conduisons actuellement une étude de cas d’une entreprise qui fabrique et commercialise les fours à micro-ondes pour valider la modélisation stochastique en deux étapes. Certains aspects concernant l’application de l’approche sont reportés. Enfin, un exemple de sélection d’un 3PL durable pour s’occuper de la logistique inverse est fourni, pour démontrer l'applicabilité de l'approche intégrée & robuste, et montrer sa puissance par rapport aux approches populaires de sélection. / The Third-Party Logistics service providers (3PLs) have the potentialities to activate sustainable practices between different partners of a Supply Chain (SC). There exists an optimal level of integrating 3PLs as suppliers of a Focal Company within the SC, to expect for high operational performances. This level leads to distinguish all the logistics activities to outsource from those to perform in-house. Once the outsourced logistics activities are strategically identified, and tactically dimensioned, they need to be performed by appropriate 3PLs to sustain economic, social and environmental performances of the SC. The present thesis develops a holistic approach to design a sustainable supply chain integrating 3PLs, in the context of business and carbon policy uncertainties. First, a two-stage stochastic modelling approach is suggested to optimize both the level of 3PL integration, and of Low Carbon Reduction LCR investment within a climate change resilient SC. Our SC is structured to capture three main SC management issues of the Focal Company FC (e.g. The manufacturer) : Security of Supplies; Distribution Segmentation; and Extended Producer Responsibility. The first-stage of the modelling approach suggests a stochastic plan based scenarios capturing business uncertainties, and proposes a two-objective, multi-period, and multi-product programming model, for minimizing simultaneously, the expected logistics total cost, and the Green House Gas GHG emissions of the whole SC. The run of the model by means of a suggested Epsilon-constraint algorithm leads to a set of Pareto optimal decarbonized SC configurations, before any LCR investment. Each one of these configurations distinguishes the logistics activities to be outsourced, from those to be performed in-house. The second-stage of the modelling approach helps the decision makers to select the best Pareto optimal SC configuration. The concept of internal carbon price is used to establish a stochastic plan of carbon price in the context of a voluntary carbon disclosure regime, and we propose a set of LCR technologies in the freight transportation domain ready to compete for counteracting the uncertain carbon policies. A combinatory model is developed to minimize the total expected cost, under the constraints of; carbon abatement, budget limitation, and LCR investment priorities. The injection of each Pareto optimal solution in the model, and the resolution lead to select the most efficient climate resilient SC configuration, which defines not only the optimal plan of LCR investment, but the optimal level of logistics outsourcing within the SC as well. Secondly, once the outsourced logistics are strategically defined they need to be performed by appropriate 3PLs for supporting the FC to build a Sustainable SC. We suggest the DEA-QFD/Fuzzy AHP-Taguchi Robust Design: a robust integrated selection approach to select the most efficient 3PL candidates. Sustainable criteria, and risks related to business environment are identified, categorized, and ordered. Quality Function Deployment (QFD) is reinforced by Analytic Hierarchic Process (AHP), and Fuzzy logic, to consistently determine the relative importance of each decision factor according to the real logistics needs, and business strategies of the FC. Data Envelopment Analysis leads to shorten the list of candidates to only those of comparative efficiencies. The Taguchi Robust Design technique allows to perform a plan of experiment, for determining an ideal candidate named ‘optimum of Taguchi’. This benchmark is used to compare the remainder 3Pls candidates, and the most efficient 3PL is the closest one to this optimum.We are currently conducting a case study of a company that manufactures and markets microwave ovens for validating the two-stage stochastic approach, and certain aspects of its implementation are provided. Finally, an example of selecting a sustainable 3PL, to handle reverse logistics is given for demonstrating the applicability of the integrated & robust approach, and showing its power compared to popular selection approaches. Keywords:Third Party Logistics; Green Supply Chain design; Stochastic Multi-Objective Optimization; Carbon Pricing; Taguchi Robust Design.

Les entrepreneurs forestiers de récolte ont été amenés à chercher de nouvelles façons d'augmenter leur productivité et réduire leurs coûts. Nous avons constaté que la maintenance des machines forestières de récolte est une source importante de dépenses (plus de 30%). Actuellement, nous constatons l'absence d'un système d'information permettant une meilleure gestion et planification des opérations de maintenance ainsi que le suivi de la performance de cette dernière. Le but de notre étude est donc de proposer une stratégie d'implantation d'un système de gestion de la maintenance pour les entrepreneurs forestiers de récolte. Ce système de gestion de la maintenance sera adapté aux moyens et aux ressources de l'entrepreneur forestier de récolte. Notre méthodologie prend en compte l'état actuel de la maintenance chez les entrepreneurs forestiers de récolte. Un stage sur le terrain et une revue des connaissances ont permis un premier bilan. Nous avons ensuite réalisé des comparaisons avec des domaines industriels d'intérêts, à savoir le secteur minier et les éoliennes. Ces comparaisons nous ont révélé l'existence d'un système de surveillance pour les machines d'exploitation minière. La comparaison nous a également révélé l'existence d'un système décentralisé de gestion de la maintenance chez les éoliennes. Ceci nous a inspirés pour proposer un système collaboratif de gestion de la maintenance. Un tel système vise à partager des ressources et des connaissances pouvant mener à une réduction des coûts de la maintenance. Une entité spécialisée qui collecte, compile et analyse les données de maintenance sera recommandée afin de proposer un système de gestion de la maintenance compatible avec les besoins et les ressources des entrepreneurs forestiers de récolte. Dans la dernière partie du travail, nous avons détaillé les étapes nécessaires pour l'implantation d'un système de gestion de la maintenance.