Le sujet de cette thèse porte sur la planification de trajectoires pour un aéronef autonome. Les trajectoires d'aéronefs se déplaçant dans un environnement encombré par des obstacles sont étudiées. La dynamique des aéronefs étant complexe, non linéaire et non holonome, la planification de trajectoire de ce type de systèmes est un problème très difficile. L'algorithme Rapidly-exploring Random Tree, ou RRT, est utilisé comme planificateur de base. L'avantage de cet algorithme est qu'il permet de considérer des modèles d'aéronefs complets dans un environnement complexe. Deux algorithmes sont développés pour trouver une solution faisable et optimale. L'algorithme RRT avec un prétraitement de l'espace d'état est utilisé dans le cas d'une prise en compte du modèle complet du système. Cependant, cette méthode ne considère pas de critères optimaux. Pour y remédier, l'algorithme RRT* est utilisé pour un modèle simplifié du système avec l'aide de champs de potentiels artificiels utilisés comme heuristique pour améliorer le taux de convergence vers la solution. Les algorithmes sont simulés pour une application d'aéronefs hypersoniques, comme par exemple des missiles intercepteurs volants à haute altitude. Les aéronefs ont donc moins de manœuvrabilité parce que la densité de l'air diminue exponentiellement avec l'altitude. Les chemins les plus courts en 3D sont développés et utilisés comme une métrique. Des trajectoires réalisables et optimales sont alors obtenues efficacement. A partir de ces résultats, les contraintes temps réel à bord du véhicule seront plus faciles à vérifier. Dans les travaux futurs, la replanification sera considérée pour améliorer la performance de l'algorithme en cas d'environnement dynamique ou de changements dans la mission. / The focus of this PhD thesis is on the trajectory planning module as a part of autonomous aircraft system. Feasible trajectories for aircraft flying in environment cluttered by obstacles are studied. Since aircraft dynamics is complex, nonlinear and nonholonomic, trajectory planning for such systems is very difficult and challenging. Rapidly-exploring Random Tree or RRT path planner is used as a basis to find a feasible trajectory. The advantage of this algorithm is that it does not consider only the complete vehicle model but also the environment. Two algorithms are developed to find a feasible and optimal solution. The RRT algorithm combined with a preprocessing of the exploration space is used for a complete realistic model of the system. However, this approach does not consider any optimal criteria. In order to consider performance criteria, the RRT* algorithm is used based on a simplified model with the help of the artificial potential field as a heuristic to improve the convergence rate to the solution. The algorithms are simulated in an application of hypersonic aerial vehicles, for example, interceptor missiles flying in high altitude. This makes the aerodynamically controlled aircraft have less maneuverability since the air density decreases exponentially with altitude. 3D shortest paths are developed and used as a metric. A feasible and optimal trajectory is obtained efficiently. With this results, real-time constraints will be easier to verify if the algorithm is implemented on board the vehicle. In future work, replanning will be considered to improve the performance of the algorithm in case of dynamic environment or changes in the mission.

Aujourd'hui traverser les océans peut s'effectuer sans difficulté en utilisant toute sorte de véhicule marin. Cependant, il n'en est pas de même pour l'exploration des fonds marins. Face à ce milieu hostile et dangereux, mais potentiellement riche tant sur le plan biologique que sur le plan d'éventuelles ressources exploitables, l'homme a besoin d'assistance dans sa découverte des profondeurs, l'intervention de robots sous-marins est une alternative pour écarter les dangers qui peuvent subir les plongeurs. Dans ce contexte, le présent manuscrit porte sur la modélisation et la commande d'un ROV (Remotely Operated Vehicle) destiné pour l'observation des sites archéologies. Après avoir identifié les différentes variables caractérisantes de la géométrie fixe, nous détaillons, dans un premier temps, la modélisation cinématique et dynamique du véhicule. Il est important de noter qu'un jeux de paramètres d'inertie, masse ajoutée et coefficients de traînées est identifié moyennant les caractéristiques géométriques du robot. Un modèle hydrodynamique non-linéaire et complet du sous-marin a ainsi pu être développé. Pour réussir une opération d'observation, en utilisant les caméras embarquées, la deuxième partie de la thèse traite le problème de stabilisation du modèle du ROV à l'équilibre. Nous proposons une commande instationnaire explicite dépendante à la fois de l'état et du temps, suivie d'une étude de robustesse de la commande par rapport aux perturbations extérieures vérifiant certains degrés d'homogénéité. L'autonomie d'une opération d'observation nécessite aussi de contrôler les déplacements du Rov tout au long d'une trajectoire de référence. Nous avons traité dans la troisième partie de ce manuscrit le problème de stabilité et de stabilisation d'un système d'erreur entre la position réelle du véhicule et la position d'un modèle de référence. Afin d'exploités les résultats théoriques de la thèse, en bénéficiant de l'expertise de l'équipe IRA2 dans le domaine de la Réalité Virtuelle (RV), en dépit des simulations classiques réalisées sous Matlab, nous proposons de construire un environnement sous-marin (ou piscine) qui intègre la CAD du Rov: simulation interactive pour la navigation. Ainsi, on a posé les problématiques liées aux capteurs virtuels et la construction des observateurs, interfaçage des boucles de commande (à travers simulink) et la plateforme virtuelle qui fait appel à Virtools. / Today cross oceans can be done easily. However, it is not the same case for the seabed exploration. As this hostile and dangerous environment can be biologically rich and has exploitable resources, the man needs help in his discovery of the depths. Therefore, the intervention of underwater robots was a solution. In this context, the present manuscript deals with modeling and control of a ROV (Remotely Operated Vehicle). After identifying the different variables characterizing the fixed geometry, we study, at first, kinematics and dynamic modeling of the ROV. It is important to note that sets of inertia parameters of added mass and streaks coefficients is identified by means of the geometrical characteristics of the robot. A full nonlinear dynamic model of the submarine has been established. The second part of the thesis deals with the stabilization problem of the ROV’s model. We offer an explicit unsteady dependent control of both the state and time. A robust study of the control relative to external interference checking certain degree of homogeneity has been established. The autonomy of Rov also requires control movement along a reference path. We treated in the third part the Rov’s stability problem to ensure the tracking of a reference trajectory. These results are operated on a virtual platform, and implemented on the dedicated Virtools software for this application. To lighten the structure in terms of sensors and because of the high prices of various sensors, it is necessary to design a system called auxiliary observer who charge rebuild unmeasurable states using available information. A nonlinear observer has been proposed to the estimation of linear and non-measurable angular velocity, which will be considered as virtual sensors. These sensors will be implemented on the platform that will be used to animate the ROV in its virtual world.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

De nos jours les places de parking sont devenues étroites dans les grandes villes. Un parking totalement automatique répondant aux contraintes de commercialisation améliorerait le confort et la sécurité de l’utilisateur. Ces travaux portent sur la génération de trajectoires de parking fonctionnant de manière prévisible et sans optimisations successives. Deux solutions géométriques fondées sur des arcs de cercles ont été développées. L’une consiste à se placer proche de la place et à faire des allers-retours jusqu’à être garé. L’autre est une méthode « inversée » généralisée dans laquelle le véhicule est supposé garé, fait plusieurs manœuvres pour atteindre l’emplacement initial réel du véhicule, ce qui donne la trajectoire à inverser pour effectuer le parking. L’inconvénient de ces méthodes est le braquage à l’arrêt. Pour que les trajectoires créées soient à courbure continue, nous avons combiné la simplicité des méthodes géométriques avec les avantages des courbes à courbure continue en travaillant avec des clothoïdes. Ainsi, chaque arc de cercle de la trajectoire générée géométriquement est a posteriori transformé en une séquence clothoïde, arc de cercle facultatif, clothoïde. Cette méthode nécessite un faible temps de calcul, est prévisible et permet de réaliser un contrôle très simple en boucle ouverte pour la vitesse longitudinale et l’angle de braquage en fonction de la distance parcourue. Des expériences sur véhicule prototype ont été réalisées pour la manœuvre de parking complète. Les résultats ont montré que la boucle ouverte suffisait lorsque peu de manœuvres étaient nécessaires. Nous avons également mis en place une méthode de régénération de la trajectoire garantissant le parking sans danger même si des déviations par rapport à la trajectoire initiale apparaissent lorsque plus de manœuvres sont nécessaires. Enfin, une architecture fonctionnelle globale comprenant un superviseur a été également décrite pour la manœuvre complète de parking. / Nowadays, in big cities, the parking spots have become narrow. Totally autonomous parking, with commercial constraints, would improve comfort and security of the driver. This work is about predictable generation of parking trajectories, without successive optimizations. Two geometric solutions based on arcs of circle have been developed. The first consist on placing the vehicle near the parking spot and going forward and backward until the vehicle is parked. The second is a generalized “inverse” method: the vehicle is supposed parked, the maneuvers to reach the real initial pose of the vehicle are found and produce the trajectory to inverse to perform the parking. The disadvantage of these methods is the steering at stop. To produce continuous-curvature trajectories, we have combined the simplicity of the geometric methods with continuous-curvature curves by using clothoids. Each arc of circle of the trajectory created by a geometric method is transformed into a sequence clothoid, optional arc of circle, clothoid. This method is not time consuming, predictable and allows a simple open-loop control for the longitudinal speed and the steering angle, in function of the travelled distance. Experiments on a prototype vehicle showed that the open-loop control is sufficient when few maneuvers are needed. We have also set up a regeneration method for the trajectory to guarantee a parking without danger even when deviations appear compared to the initial trajectory, when more maneuvers are needed. Finally, a global functional architecture with a supervisor has been described for the complete parking maneuver.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Cette recherche porte sur les dynamiques de gouvernance des réseaux territoriaux d’organisations. Plus particulièrement, nous étudions les liens entre la gouvernance et la trajectoire des réseaux. Pour cela, nous mobilisons une méthodologie qualitative en menant deux études de cas auprès des pôles de compétitivité Cosmetic Valley et Sciences et Systèmes de l’Energie Electrique. Trois niveaux de résultats sont proposés. En distinguant la gouvernance stratégique de la gouvernance opérationnelle, nous montrons tout d’abord l’influence de la gouvernance sur la trajectoire des réseaux. Par ailleurs, nous identifions diverses caractéristiques de la trajectoire des réseaux susceptibles d’expliquer les dynamiques de gouvernance. Enfin, l’analyse des cas et leur confrontation au cadre conceptuel montre que la gouvernance et la trajectoire co-évoluent à travers des mécanismes d’interactions stratégiques et des mécanismes d’apprentissages. / This research focuses on the dynamics of cluster governance. More precisely, I study the links between governance and cluster trajectory. We mobilize a qualitative methodology by leading two case studies on competitiveness cluster Cosmetic Valley and Sciences et Systèmes de l’Energie Electrique. Three levels of results are proposed. By distinguish strategic and operational governance, First, I show the influence of governance in cluster trajectory. Besides, I identify various characteristics of the cluster trajectory which explain the dynamics of governance. Finally, the cases analysis and their confrontation to the conceptual framework shows that governance and trajectory co-evolve through mechanisms of strategic interactions and learning’s mechanisms.

Aujourd'hui, l'inspection des ouvrages d'art est réalisée de façon visuelle par des contrôleurs sur l'ensemble de la structure. Cette procédure est couteuse et peut être particulièrement dangereuse pour les intervenants. Pour cela, le développement du système de vision embarquée sur des drones est privilégié ces jours-ci afin de faciliter l'accès aux zones dangereuses.Dans ce contexte, le travail de cette thèse porte sur l'obtention des méthodes originales permettant la planification, la génération des trajectoires de référence, et le suivi de ces trajectoires par une plate-forme aéroportée stationnaire autonome. Ces méthodes devront habiliter une automatisation du vol en présence de perturbations aérologiques ainsi que des obstacles. Dans ce cadre, nous nous sommes intéressés à deux types de véhicules aériens capable de vol stationnaire : le dirigeable et le quadri-rotors.Premièrement, la représentation mathématique du véhicule volant en présence du vent a été réalisée en se basant sur la deuxième loi de Newton. Deuxièmement, la problématique de génération de trajectoire en présence de vent a été étudiée : le problème de temps minimal est formulé, analysé analytiquement et résolu numériquement. Ensuite, une stratégie de planification de trajectoire basée sur les approches de recherche opérationnelle a été développée.Troisièmement, le problème de suivi de trajectoire a été abordé. Une loi de commande non-linéaire robuste basée sur l'analyse de Lyapunov a été proposée. En outre, un pilote automatique basée sur les fonctions de saturations pour un quadri-rotors a été développée.Les méthodes et algorithmes proposés dans cette thèse ont été validés par des simulations. / Today, the inspection of structures is carried out through visual assessments effected by qualified inspectors. This procedure is very expensive and can put the personal in dangerous situations. Consequently, the development of an unmanned aerial vehicle equipped with on-board vision systems is privileged nowadays in order to facilitate the access to unreachable zones.In this context, the main focus in the thesis is developing original methods to deal with planning, reference trajectories generation and tracking issues by a hovering airborne platform. These methods should allow an automation of the flight in the presence of air disturbances and obstacles. Within this framework, we are interested in two kinds of aerial vehicles with hovering capacity: airship and quad-rotors.Firstly, the mathematical representation of an aerial vehicle in the presence of wind has been realized using the second law of newton.Secondly, the question of trajectory generation in the presence of wind has been studied: the problem of minimal time was formulated, analyzed analytically and solved numerically. Then, a strategy of trajectory planning based on operational research approaches has been developed.Thirdly, the problem of trajectory tracking was carried out. A nonlinear robust control law based on Lyapunov analysis has been proposed. In addition, an autopilot based on saturation functions for quad-rotor crafts has been developed.All methods and algorithms proposed in this thesis have been validated through simulations.

Les conséquences sociales des troubles psychiques sont mal connues et très peu étudiées en France. Pourtant, il est aujourd'hui avéré que ces troubles peuvent avoir d'importants retentissements tant sur la vie personnelle, dans le sens d'une altération de la qualité de vie, que sur l'économie d'un pays. L'objectif principal de notre travail a été d'évaluer le devenir global (physique, psychique et social) d'une cohorte de patientes hospitalisées pour anorexie mentale de 1996 à 2002. L'objectif secondaire a été d'étudier les interrelations entre ce devenir et les pratiques de recours aux soins imbriquées dans des biographies de vie. Dans un premier temps, l'approche biographique a permis la mise en exergue de trois facteurs influant le plus fortement sur la sous utilisation des services de soins alors que l'état psychique et/ou somatique le nécessite : l'âge à la première hospitalisation, la distance entre le domicile et l'hôpital et les relations conflictuelles avec le père. Dans un second temps, nous avons étudié les relations entre le sentiment de chronicité des troubles et l'altération de la qualité de vie. La dépréciation de la santé mentale augmente le sentiment de chronicité des troubles et diminue celui de guérison. La succession des événements constitutifs des trajectoires thérapeutiques a un impact sur la qualité de vie exprimée et sur les chances de bon devenir à l'âge adulte. C'est pourquoi, il est important de prendre en compte les facteurs impliqués dans la construction des trajectoires thérapeutiques en vue de l'élaboration de politiques de lutte contre le handicap psychique lié à une chronicité des troubles psychiatriques. / The social consequances of psychic troubles are unfamiliar and some few studies have been made in France. Nevertheless, it is prouved that these troubles may have an important impact, as in personal life (in a deacreasing quality of life) as on the economics of a country. The principale aim of our study was to assess the global outcome ( physical, psychological and social) of a cohort of anorexia nervosa inpatients since 1996 to 2002. The secondary aim was focused on the study of interrelationships between this outcome and the care utilization fitted into some life biographies. On the one hand, the biographic approach has highlighted three factors mostly influencing on the underused care utilization while the psychic and/ or somatic statement are required : the age of the patient at the first hospitalisation, the distance between the home and the hospital and the difficult relationships with the father. On the second hand, we have focused our attention on the relations between the feeling of psychological trouble chronicity and the quality of life impairment -especially on mental health. The damage on the mental health (quality of life) is increasing the feeling of chronicity and is reducing the sense of recovery. Indeed, it is very important to consider the factors involved in the building of therapeuratic trajectories in order to develop policies against psychological troubles disabilities-the building of these therapeutic trajectories having an impact on the quality of life and on the chances of recovery at adulthood.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.