Cette thèse traite de la trajectographie exo-atmosphérique d'un lanceur. Cette probl ématique repose sur la résolution d'un problème d'optimisation contraint : le problème aux deux bouts. Ce dernier consiste à trouver les actions à prendre afin d'atteindre la position et la vitesse désirées en consommant le moins d'énergie possible. Ces actions doivent respecter les contraintes imposées par la dynamique et la structure du véhicule. En plus, dans le cas d'un lanceur, le contrôle s'effectue uniquement en modifiant l'orientation de la poussée. Pour résoudre ce problème, le projet de doctorat est divisé en trois parties distinctes : la modélisation de la dynamique, l'obtention d'une trajectoire de référence et la fonction de guidage. La première partie, la modélisation, consiste à obtenir un modèle précis et réaliste de la dynamique de translation d'un lanceur. Elle passe donc par l'application de la seconde loi de Newton sur le centre de masse du lanceur. Dans cette thèse, ceci est effectué en utilisant trois représentations différentes, dont une nouvelle utilisant un quaternion qui permet de combler le vide entre les deux représentations existantes. À la suite de l'obtention d'un modèle du véhicule à guider, il devient possible de définir une trajectoire de référence régie par cette dynamique. Pour y parvenir, ce projet propose une optimisation directe où l'orientation de la poussée est discrétisée et correspond aux inconnues du problème d'optimisation. Le critère de ce problème d'optimisation inclut des termes utilisant des connaissances a priori de la trajectoire pour améliorer les propriétés de convergence. Le problème d'optimisation inclut également des contraintes, relaxées par des variables d'écart, sur l'orbite d'injection. La trajectoire résultante est utilisée comme consigne dans une fonction de guidage par suivi de trajectoire. Le suivi de trajectoire est une façon contournée de traiter le problème aux deux bouts et d'accélérer la résolution du problème de guidage afinn de s'insérer dans les capacités de calcul embarqué. Les algorithmes développés dans cette thèse sont basés sur la commande prédictive où les sorties du modèle prédictif sont les paramètres orbitaux instantanés de la trajectoire. Le premier algorithme utilise un modèle non-linéaire de prédiction alors que les deux autres sont basés sur une représentation linéaire variante dans le temps et sur une représentation linéaire fractionnelle. Ces trois algorithmes sont comparés à une solution classique en guidage de lanceur qui résout directement le problème aux deux bouts. Bien que les algorithmes développés produisent une orbite plus près de celle désirée et y parviennent en consommant moins de carburant, le temps de calcul nécessaire à leur résolution et leur piètre robustesse font en sorte qu'ils ne constitue pas une alternative intéressante à la solution de référence. / This thesis deals with the exo-atmospheric trajectory of a space launcher. The solution is obtained by solving a constrained optimization problem : the two-point boundary value problem. The solution is the required actions to reach the desired position and velocity while consuming the least energy as possible. These actions must comply with the constraints imposed by the dynamics and the structure of the vehicle. Also, for a space launcher, the control is limited to the thrust orientation. To solve this problem, this project is divided into three distinct parts : modeling the dynamics, obtaining a reference trajectory and the guidance function. The first part, the modeling, is the definition of an accurate and realistic model of the space launcher translational dynamics. Therefore, it requires the application of Newton's second law on the launcher center of mass. In this thesis, this is carried out using three different representations. The representation using a full quaternion is new to this field of application and fills the hole between the two others. With the model of the vehicle to be guided, it becomes possible to define a reference trajectory governed by this model. To do it, this project proposes a direct optimization where the thrust orientation is discretized and becomes the unknown of the optimization problem. The criterion of this optimization problem includes terms for a priori knowledge of the trajectory improving the convergence properties of the optimization. The optimization problem also includes constraints, relaxed by slack variables, on the injection orbit. The resulting trajectory is used as reference in a trajectory tracking guidance function. The trajectory tracking is a way to circumvent the resolution of the two-point boundary value problem, which accelerates the resolution to fit in on-board computing capabilities. The algorithms developed in this thesis are based on predictive control in which the outputs of predictive model are the instantaneous orbital parameters of the trajectory. A first algorithm uses a non-linear model for prediction while two others are rather based on a linear time-varying representation and a linear fractional representation. These three algorithms are compared to a conventional space launcher guidance solution, which directly solves the two-point boundary value problem. Even if the developped algorithms give a more accurate orbit and a less consuming trajectory, their computationnal time and poor robustness properties do not make them a viable alternative to the comparison solution.

La reconnaissance des visages est un domaine de la vision artificielle qui connaît un intérêt grandissant depuis quelques années. Plusieurs approches intéressantes ont été développées dans le spectre visible. Les systèmes opérant dans ce spectre souffrent de plusieurs limitations dues aux changements dans l'éclairage et dans les expressions faciales. Dans ce travail, nous avons utilisé l'imagerie multispectrale, plus particulièrement l'imagerie infrarouge active et passive, pour améliorer la performance de la reconnaissance des visages et éviter les limitations imposées par le spectre visible. Les spectres infrarouges ont aussi leurs propres limitations, comme l'opacité des lunettes dans l'infrarouge thermique. Les solutions développées visent à résoudre ces problématiques. Nous avons développé des stratégies de fusion intra- et inter-spectres opérant dans l'espace des textures et utilisant des approches de réduction de dimensionnalités linéaires et non linéaires. Un nouvel opérateur de texture adaptatif et une nouvelle représentation des caractéristiques physiologiques des visages extraits de l'image thermique ont aussi été développés. Finalement, nous avons produit une base de données multispectrale appelée /.-Faces qui a été utilisée pour les tests ainsi que la base de données Equinox pour l'évaluation des algorithmes développés. Les résultats positifs des essais expérimentaux démontrent l'efficacité des algorithmes proposés pour construire un système de reconnaissance des visages plus performant.

Les entraînements électriques à grande plage de vitesse sont des ensembles convertisseur machine qui se caractérisent par un couple à faible vitesse supérieur au couple à haute vitesse, comme dans le cas des applications de traction. Leur performance dépend fortement de la puissance apparente du convertisseur, des impédances de la machine et de la loi de commande utilisée. Les méthodes de conception qui séparent la conception de la machine de celle de l'onduleur et de celle de la loi de commande ne permettent pas toujours de trouver une solution adéquate. Il est donc nécessaire de réaliser une optimisation globale de tout l'ensemble convertisseur - machine - système de contrôle. Lors de l'optimisation, le nombre d'itérations pour arriver à une solution est important et le temps de calcul est un facteur à considérer. Ce travail présente des méthodes analytiques de modélisation adaptées pour l'optimisation des systèmes d'entraînement. Les méthodes se basent sur une modélisation de la machine sous la forme d'un circuit équivalent et une modélisation du convertisseur sous la forme de contraintes de fonctionnement. Elles permettent de calculer rapidement les courants, les tensions, les pertes, le couple, la commande et les performances pour les différents points de fonctionnement du cahier des charges. Ces modèles sont illustrés par des exemples de conception des systèmes de traction et d'un alternateur de voiture. Ce travail présente aussi un analyse des machines polyphasées en mode dégradé en utilisant les modèles développés. / A wide-speed-range electric drive is a system composed of a static converter and an electric motor that produce high torque at low speed and low torque at high speed, as in the case of a traction application. The performance is strongly influenced by the apparent power of the inverter, the impedances of the machine and the control law. The design methods that separate the design of the machine, the static converter and the control law do not always find an adequate solution. It is so necessary to carry a global optimization of the whole system. When optimizing the number of iterations is very important and the computation time is an important factor. This work presents analytic modeling methods suited for the optimization of drive systems. The methods are based in an equivalent circuit machine model and operating constraint model of the static converter. The methods rapidly calculate the currents, voltages, losses, torque, control law and performances of the different operating points of the system design specification. Those models are illustrated with traction system design examples and a car alternator design example. This work also presents an analysis of polyphase machines in fault modes.

Le projet consiste à développer un algorithme de guidage permettant à un véhicule aérien autonome (UAV) stabilisé de respecter des contraintes reliées à la mission, appelées contraintes terminales. Les contraintes visées sont l'orientation de la trajectoire et la vitesse du véhicule lors de l'atteinte de la cible, ainsi que le temps d'arrivée à cette cible. Deux approches ont été testées. La première consiste à utiliser des véhicules virtuels pour simuler le comportement d'un véhicule réel en fonction des commandes appliquées. Cet algorithme est cependant limité au respect du temps d'arrivée. La deuxième stratégie consiste à contrôler le véhicule afin d'atteindre une cible virtuelle en mouvement rectiligne qui possède la vitesse et l'orientation souhaitées, et qui croise la cible réelle au temps d'arrivée demandé. La seconde approche a été testé avec succès à l'aide d'un système "Hardware-In-the-Loop" (HIL).

L’utilisation de Matériaux Composites est de plus en plus courante dans plusieurs applications, notamment dans les structures aéronautiques où des pièces de forme complexe sont fort demandées. Dans ces matériaux, la disposition ou l’orientation des fibres l’une par rapport à l’autre, la concentration de celles-ci, et leur distribution sont des facteurs qui ont une influence notable sur la résistance et d’autres propriétés des composites renforcés de fibres. Ainsi, on a besoin de développer des techniques d’essai pour évaluer la teneur en fibres. Des méthodes destructrices peuvent être utilisées pour évaluer les fibres dans un échantillon composite par exemple, en évaluant une section de coupe du matériau après polissage de la surface par microscopie. Cependant, l’approche destructrice n’est pas toujours une option puisque l’échantillon est endommagé après l’inspection et probablement impropre à l’utilisation. Ainsi, les techniques de Contrôle non-destructif (CND) doivent être utilisées dans certains cas pour évaluer le contenu de la matière fibreuse. Dans cette thèse, la thermographie infrarouge, une technique de CND bien connue, est utilisé afin d’évaluer l’orientation des fibres de matériaux composites, à la surface et sous la surface de pièces plates ainsi que de pièces de forme complexes. Plus précisément, l’ellipsométrie thermique utilisant une source de point laser de chauffage (statique) et une source de chauffage en ligne produit par balayage en vol du point laser (dynamique) sont employés. L’évaluation de l’orientation de la fibre sur des pièces de forme complexe est accomplie avec succès en raison de la fusion d’un modèle en trois dimensions de la surface de l’échantillon avec les données infrarouge obtenues par l’inspection d’ellipsométrie thermique. Le matériau qui va être inspecté dans ce projet est le Carbone/Polyether-Ether-Ketone (PEEK) réalisé par disposition de flocons de fibres appelée Randomly-Oriented Unidirectional Strand (ROS). / The use of Composite Materials (CM) is growing more and more every day in several applications, especially in aeronautic structures where complex shaped parts are highly demanded. The arrangement or orientation of the fibers relative to one another, the fiber concentration, and the distribution all have a significant influence on the strength and other properties of fiber reinforced composites. Thus, one needs to develop testing techniques to assess fiber content. Destructive methods can be employed to evaluate the fiber on a composite, e.g. cutting a section of the material, polishing the area and evaluating it by microscopy. However, the destructive approach is not always an option since the sample will be ‘damaged’ after the inspection and probably unfit for use. Therefore, Non-Destructive Testing and Evaluation (NDT& E) techniques must be employed in some cases to assess the material’s fiber content. In this thesis, InfraRed Thermography (IRT), a well-known NDT& E technique, is used in order to assess fiber orientation of composite materials on the surface and beneath the surface of booth flat and complex shaped parts. More specifically, Thermal Ellipsometry (TE) using a laser spot heating source (static) and a line heating source produced by a flying laser spot inspection (dynamic) are employed. Fiber orientation assessment on complex shaped parts is successfully accomplished due to the merge of a Three-Dimensional (3D) model of the part’s surface with the InfraRed (IR) data obtained by the TE inspection. The specimens that are going to be inspected in this project are Carbon/Polyether-Ether-Ketone (PEEK) plates reinforced by Randomly-Oriented Unidirectional Strand (ROS) of unidirectional slit tape. / O uso de Materiais Compósitos tem crescido mais e mais a cada dia em várias aplicações, especialmente em estruturas aeronáuticas onde peças em forma de complexos sõ extremamente procurados. O arranjo ou orientação das fibras com relação umas às outras, a concentração de fibra, e sua distribuição tem todos um grande impacto na força, rigidez e outras propriedades de materiais compósitos reforçados com fibras. Assim, se faz necessário o desenvolvimento de técnicas capazes de avaliar o conteúdo fibroso destes materiais. Métodos destrutivos podem ser empregados para avaliar as fibras em um material compósito, por exemplo cortando-se uma secção do material, polindo a área e avaliado a região com um microscópio. Entretanto, a abordagem destrutiva nõ é sempre uma opção uma vez que após o ensaio a peça ficará danificada e provavelmente imprópria para uso. Deste modo, ensaios não-destrutivos devem ser empregados em certos casos para avaliar o conteúdo fibroso do material. Nesta tese, termografia infravermelha, uma conhecida técnica de ensaios não-destrutivo, é usada para acessar a orientação das fibras de materiais compósitos na superfície e sub-superfície de amostras planas bem como de amostras com formas complexas. Mais especificamente, elipsometria térmica usando fonte de aquecimento ponto de laser (estático) e uma fonte de aquecimento em linha produzida por uma inspeção de ponto voador (dinâmico) são empregadas. Avaliação de orientação de fibra em amostras de formas complexas é realizada com sucesso graças a fusão de um modelo tridimensional da superfície da amostra e os dados infravermelhos obtidos com o ensaio de elipsometria térmica. As amostras inspecionadas durante este projeto são feitas Carbono/Polyether-Ether-Ketone (PEEK) reforçadas com Randomly-Oriented Unidirectional Strand (ROS).

Plusieurs problèmes dans le placement d'endoprothèses sont dus à une compréhension pré-opératoire limitée de l'état du patient. La plupart des patients souffrent de l'arthrite rhumatoïde, ce qui affect la qualité et la forme de l'os en question: souvent la cavité glénoïde de l'omoplate s'est rétractée. Le plan de l'opération doit être planifiée à l'aide d'images Roentgen 2-D. Pendant la chirurgie, l'espace de travail de l'opération est très limité, seule la surface articulaire du scapula est exposée. Le patient est placé sur le côté, avec l'épaule endommagé pointant vers le haut, ce qui entraine un glissement vers le bas de l'omoplate. Pendant la chirurgie, la technique la plus souvent utilisée implique l'enlèvement du cartilage restant, le moulage de la forme de l'endoprothèse dans l'os trabeculaire, l'application d'une certaine quantité de ciment d'os, le placement de l'endoprothèse et l'insertion de vis pour une fixation préliminaire. D'autres préfèrent approcher l'espace d'opération du côté arrière du patient en fendant le scapula en deux. La technique préférée est de supporter l'endoprothèse sur l'os corticale et d'essayer de rétablir une position et une orientation fonctionnelles. Une prothèse faite sur mesure est donc nécessaire en plus d'une bonne vue de l'omoplate. La segmentation automatique des structures osseuses dans les bases de données agiographiques IRM est une étape préliminaire essentielle pour la plupart des tâches de visualisation et d'analyse. Afin d'obtenir une meilleure compréhension de l'épaule en santé et de l'épaule arthrosique pathologique, ce projet développera une méthode pour la segmentation des structures de l'épaule à partir de bases de données de l'IRM. Le développement de techniques convenables pour la segmentation du scapula et de l'humérus dans une base de données bidimensionnelle de l'IRM constitue une partie majeure de ce projet. Actuellement nous nous penchons sur des techniques de segmentation basées sur les contours, c'est-à-dire un point de l'os est défini d'abord. Les contours de l'os sont extraits dans une deuxième étape. / Image segmentation is an important area in the general field of image processing and computer vision. It is a fundamental part of the 'low level' aspects of computer vision and has many practical applications such as in medical imaging, industrial automation and satellite imagery. Traditional methods for image segmentation have approached the problem either from localization in class space using region information, or from localization in position, using edge or boundary information. More recently, however, attempts have been made to combine both region and boundary information in order to overcome the inherent limitations of using either approach alone. The shoulder has the widest range of motion than any joint in the body. Normally, shoulder stability is maintained through complex interaction between static and dynamic stabilizing mechanisms, including the bony glenoid, the labrum, the glenohumeral ligaments and joint capsule, and the muscles and tendons of the rotator cuff. Due to the complicated mechanisms involved in glenohumeral stability, a clinical evaluation can be very challenging. The primary motivation behind this research is to improve the accurate clinical evaluation of shoulder pathology. In this thesis, a new approach to image segmentation is presented that integrates region and boundary information. Our ultimate goal is to develop a framework for integrating boundary finding and region-based segmentation. This would lead to a System where the two modules would operate respectively so that at each step the outputs of each module get updated using information from the outputs of both the modules from the previous iteration. The main objective we present in this thesis is aimed at using the results of boundary detection to assist region-based segmentation. Unlike most of other existing methods, it integrates boundary-based segmentation with region growing rather than edge detection, thereby making it resistant to the problems of false and broken edges while at the same time having well localized boundaries. This method is successful in segmenting the set of slices of MR images of the shoulder. The experiments show that the results given by the method archive 96.32% correspondence to results given by a specialist does segment manually.

Ce mémoire présente une étape intermédiaire de traitement dans le but d'isoler les objets principaux d'une scène. Les calculs sont effectués à partir de la sortie du logiciel Magno, qui a pour but de segmenter une image numérique en segments de droites et en arcs de cercles. L'objectif du projet est de nettoyer la carte de primitives ; garder celles qui sont disposées à former un objet multi-parties et rejeter celles qui vraisemblablement représentent l'arrière-scène. L'approche retenue implique un appariement de toutes les paires de primitives possibles et y ajoute une phase de relaxation pour stabiliser les résultats.

Un pont à diodes ne peut pas être utilisé avec une génératrice à flux trans verse en raison de sa grande inductance statorique. Le but de cette étude est d'examiner différentes solutions pour des redresseurs utilisés avec une génératrice à flux transverse fonctionnant à vitesse variable en regardant leurs avantages et inconvénients. Comme solutions conventionnelles, des ponts à diodes avec compensation passive et des redresseurs à MLI sont étudiés. Aussi, une nouvelle topologie de redresseur à haut rendement sera présentée qui peut être utilisée avec des sources à fréquence variable ayant une inductance très élevée et saturable incluant les machines à flux transverse

Ces dernières années, la supervision continue des signes vitaux des patients a été un sujet d'intérêt de plusieurs travaux de recherche surtout pour ceux qui souffrent de maladies chroniques ou qui travaillent dans des environnements hasardeux. Dans la pratique médicale moderne, le niveau d'oxygène dans le sang est un des signes vitaux primaires tels que la pression artérielle, la fréquence cardiaque, la température corporelle et le rythme respiratoire. L'oxymétrie de pouls est une technique populaire non-intrusive qui permet de diagnostiquer des problèmes liés aux systèmes respiratoire et circulatoire. Pour cette raison, elle est largement utilisée dans les soins intensifs, les salles d'opération, les soins d'urgence, la naissance et l'accouchement, les soins néonatals et pédiatriques, les études du sommeil et les soins vétérinaires. Or, pour l’oxymètre de pouls, une acquisition précise des signaux est importante pour assurer la fiabilité des mesures de la saturation d'oxygène artériel (SaO2). Dans ce cas, le positionnement des capteurs joue un rôle important car la complexité de la structure du tissu du doigt peut rendre l'effet de l'emplacement de la source lumineuse imprévisible sur la mesure du SpO2. Si tel est le cas, un faible nombre de capteurs autour du doigt pourrait perturber la trajectoire des rayons de lumière et corrompre les mesures. Les oxymètres de pouls conventionnels utilisent une pince à doigts contenant les capteurs qui utilise un seul ensemble de LED et photodétecteur (PD). En plus de l'inconvénient des pinces à doigts, le placement du capteur n'est pas corrigé et sera affecté par des artefacts de mouvement. Dans ce mémoire, nous présenterons un oxymètre qui utilise six ensembles de diodes électroluminescentes et de photo-détecteurs, répartis uniformément en anneau autour du doigt, ce qui permet d'identifier le meilleur chemin de signal, immunisant ainsi l'acquisition du signal à l'effet de position de l'anneau. En outre, pour éliminer les fils de la station de base, ce système utilise un émetteur-récepteur radio ce qui supprime les inconvénients de l'attachement. Dans cette étude de conception de preuve de concept, un prototype de cet oxymètre en anneau est réalisé avec des composants commerciaux à faible consommation de courant et le tout est montés sur une carte électronique flex-rigides qui communique avec un hôte distant par un lien sans-fil pour traiter le signal et calculer le niveau d'oxygène. / Continuous health monitoring for patients with chronic diseases or people working in high-risk environments has been an interesting topic of research in recent years. In modern medical practice, the blood oxygen level is one of the vital signs of the body alongside blood pressure, heart rate, body temperature, and breathing rate. Pulse oximeters provide early information on problems in the respiratory and circulatory systems. They are widely used in intensive care, operating rooms, emergency care, birth and delivery, neonatal and pediatric care, sleep studies, and in veterinary care. Proper signal acquisition in a pulse oximetry system is essential to monitor the arterial oxygen saturation (SaO2). Since the tissue of finger has a complicated structure, and there is a lack of detailed information on the effect of the light source and detector placement on measuring SpO2, sensor placement plays an important role in this respect. Not enough sensors placed around the finger will have an adverse effect on the light path so high signal quality may become impossible to achieve. The conventional Pulse Oximeters use a finger clip, which uses only one set of LEDs and photodetector (PD). In addition to the inconvenience of the finger clips, the placement of the sensor is not fixed and will be affected by motion artifacts. In this thesis, we present a ring-shaped oximeter that uses six sets of light emitting diodes and photodetectors, uniformly distributed around the finger to identify the best signal path, thus making the signal acquisition immune to ring position on the finger. In addition, this system uses a radio transceiver to eliminate the connection wires to a base station which removes the inconvenience of the tethering and reduce the motion artifacts. In this proof of concept study, this novel ring oximeter is implemented with commercial low power consumption off-the-shelf components mounted on a rigid-flex board that connects to a remote host for signal processing and oxygen level calculation.

Les fibres à cœurs multiples sont une avenue intéressante pour répondre à la demande croissante des taux de transferts de données via la fibre optique. Pour que cette approche soit réalisable, plusieurs composants multicœurs seront nécessaires dont des amplificateurs pour permettre la transmission sur de longues distances. Le but de ce mémoire est de concevoir, fabriquer et tester un amplificateur à cœurs multiples dopés à l’erbium (MC-EDFA). D’abord, la théorie de base reliée à l’opération des amplificateurs à fibre dopées à l’erbium (EDFA) sera présentée et expliquée. Avec ces notions théoriques, un outil de simulation permettant de simuler les performances d’un EDFA a été développé et implémenté dans MATLAB. Pour établir un protocole expérimental et se familiariser avec les fibres dopées à l’erbium, un amplificateur standard à un seul cœur, dont les paramètres ont été définis à l’aide du simulateur, a été fabriqué avant de procéder à la fabrication de l’amplificateur à cœurs multiples. Une caractérisation complète de cet amplificateur a été faite. Les résultats de cette caractérisation seront présentés et comparés à des simulations pour valider du même coup l’outil de simulation. Le mémoire se poursuivra par la présentation du design et de la fabrication d’un MC-EDFA à sept cœurs. Les paramètres des cœurs sont les mêmes que ceux de l’EDFA caractérisé auparavant. Donc, la caractérisation de l’EDFA aura aussi servi à définir les paramètres des cœurs du MC-EDFA. L’approche utilisée pour multiplexer les signaux dans la fibre, qui a été un obstacle majeur à la prise de données expérimentales, sera ensuite présentée. Pour finir, les mesures expérimentales prises sur les sept cœurs seront présentées pour évaluer les performances du MC-EDFA. Bien que le MC-EDFA possède une double gaine permettant d’injecter la pompe dans la gaine interne, toutes les données expérimentales ont été prises avec la pompe injectée directement dans chaque cœur. Des difficultés techniques, qui seront expliquées dans le dernier chapitre, ont rendu impossible la prise de mesures avec un schéma de pompage dans la gaine.