La plupart des méthodes de surveillance des systèmes sont basées sur l'analyse et la caractérisation de grandeurs physiques qui sont par nature tridimensionnelles. Tracées dans un repère euclidien à trois dimensions, ces grandeurs parcourent en fonction du temps une trajectoire dont les caractéristiques géométriques sont représentatives de l'état du système surveillé. Les techniques classiques de surveillance des systèmes étudient les grandeurs mesurées composante par composante, sans prendre en compte leur nature tridimensionnelle et les propriétés géométriques de leur trajectoire. Une part importante de l'information est ainsi ignorée. Dans le cadre de ce travail de recherche, on se propose de développer une méthode d'analyse et de traitement de grandeurs à trois composantes permettant de mettre en évidence les spécificités géométriques des données et de fournir une information complémentaire pour la surveillance des systèmes. La méthode proposée a été appliquée à deux cas différents : la surveillance des creux de tension des réseaux de puissance triphasés et la surveillance des défauts de roulement des machines électriques tournantes. Dans ces deux cas, les résultats obtenus sont prometteurs et montrent que les indicateurs géométriques estimés mènent à de l'information complémentaire qui peut être utile pour la surveillance des systèmes. / Most methods for condition monitoring are based on the analysis and characterization of physical quantities that are three-dimensional in nature. Plotted in a three-dimensional Euclidean space as a function of time, these quantities follow a trajectory whose geometric characteristics are representative of the state of the monitored system. Usual techniques of condition monitoring study the measured quantities component by component, without taking into account their three-dimensional nature and the geometric properties of their trajectory. A significant part of the information is thus ignored. In this research work, we would therefore like to develop a method for the analysis and processing of three-component quantities capable of highlighting the special geometric features of such data and providing complementary information for condition monitoring. The proposed method has been applied to two different cases: voltage dips monitoring in three-phase power networks and bearing faults monitoring in rotating electrical machines. In this two cases, the results obtained are promising and show that the estimated geometric indicators lead to complementary information that can be useful for condition monitoring.

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La thèse vise à étudier la stratégie des clubs sportifs à travers leur évolution dans la hiérarchie compétitive. Elle s’appuie dans une première partie sur la discussion des apports de la théorie des parties prenantes, du leadership et de la théorie des conventions pour proposer un modèle d’analyse de la dynamique stratégique d’un club, ainsi qu’une typologie de configurations stratégiques. Dans une deuxième partie, la thèse confronte ce modèle à une étude longitudinale de trois clubs de basket-ball sur une quarantaine d’années. Les trois cas permettent d’analyser quatre types de configurations stratégiques : de croissance, de consolidation, de redéploiement, de sauvegarde.Les résultats de la thèse mettent en évidence quatre types de trajectoire correspondant à la succession de différentes configurations stratégiques. Les points d’inflexion apparaissent lorsque la stratégie n’atteint pas les effets attendus. La trajectoire stratégique, basée sur le résultat sportif, caractérise de la dynamique stratégique d’un club par l’enchaînement dans le temps des configurations. / The thesis aims at studying the strategy of sports clubs through their evolution in the competitive hierarchy. It is based in part on discussion of the contributions of the stakeholder theory, leadership and theory of conventions to propose an analytical model of the strategic dynamics of a club and a typology of strategic configurations. In second part, the thesis confronts this model to a longitudinal study of three basketball clubs on forty years. The three cases allow to analyze four types of strategic configurations : growth, consolidation, redeployment, safeguard.The results of the thesis reveal four types of trajectory corresponding to the succession of different strategic configurations. The inflection points occur when strategy does not achieve the desired effects. The strategic trajectory, sports result oriented, characterizes the strategic dynamics of a club by the sequence of configurations over time.

Le déplacement collectif est l'un des phénomènes les plus remarquables de la nature. Il a été observé pour de nombreuses espèces animales, comme les essaims de bactéries, l'agrégation des fourmis, les bancs de poissons, les nuées d'oiseaux ou encore les foules d'humains. Ces comportements collectifs d'animaux ne sont pas seulement des scènes spectaculaires mais sont aussi une source d'intérêt pour explorer les mécanismes sous-jacents dans le but de comprendre les lois et l'évolution des groups biologiques ou même de nous aider à élaborer des essaims auto-organisés de robots.Nous avons étudié différents systèmes de déplacements collectifs, incluant des systèmes avec une seule espèce, comme les bancs de poissons et les foules d'humains et d'autres à plusieurs espèces, comme les systèmes de fuite et poursuite en groupe. Parmi lesquels, nous nous concentrons sur les mécanismes et les rôles du traitement de l'information sur les motifs macroscopiques. De plus, pour palier à la difficulté d'extraire des trajectoires depuis des vidéos expérimentales de qualité médiocre, nous proposons un outil rapide et robuste de suivi du déplacement. Notre contenu de recherche détaillé est le suivant : 1. Nous avons étudié les mécanismes de traitement de l'information dans les déplacements du Nez-rouge dans un dispositive annulaire. Pour la première fois, nous avons définis un comportement particulier aux bancs de poissons : des évènements de demi-tour. En introduisant un délai entre l'interaction entre les poissons, nous avons trouvé qu'à un poisson d'intérêt correspondent seulement un ou deux poissons qui ne sont pas nécessairement les plus proches. De plus, nous avons montré que l'information de tourner pendant un évènement de demi-tour collectif se propage comme des dominos. Enfin, nous avons utilisé le transfert d'entropie pour quantifier les flux d'information dans l'espace et le temps durant les évènements de demi-tour. 2. Nous avons étudié le rôle d'une perturbation dans un système de foule humaine en plaçant des obstacles (les perturbations) dans un flux de fuite de panique. Nous avons trouvé une façon simple et efficace d'augmenter le flux de fuite dans le but de sauver plus de vies dans des situations dangereuses. Nous avons appliqué des algorithmes génétiques pour optimiser l'agencement des piliers dans les simulations puis nous avons testé la qualité de ces résultats contre des expériences avec de vrais humains. Les résultats suggèrent que placer deux piliers le long des deux côtés d'une sortie peut maximiser la vitesse de sortie. 3. Nous avons étudié le rôle des mécanismes de traitement de l'information dans les déplacements collectifs multi-espèces en introduisant différentes strategies pour les proies dans un modèle de poursuite en groupe. Nous proposons trois stratégies d'agrégation : se déplacer vers le centre de masse de toutes les proies (MC), se déplacer vers la proie la plus proche (NN) et minimiser la distance totale entre toutes les proies (MD). Les résultats montrent que l'agrégation augmente grandement la durée de survie du groupe, et ceci même en autorisant les proies à être immortelles. Il y a une transition de phase de t (la durée de survie moyenne) en fonction de M (le nombre de prédateurs). 4. Nous avons développé un nouvel outil de suivi de déplacement pour améliorer les algorithmes de reconnaissance d'image et de suivi actuels afin d'extraire des trajectoires depuis des vidéos de qualité médiocre. Notre outil intègre un filtre de moyenne glissante, la soustraction du bruit de fond, des réseaux de neurones artificiels, du partitionnement en k-moyennes et une fonction d'erreur définie minutieusement. L'outil peut extraire une trajectoire depuis une video de basse qualité qui ne peut être fait que très difficilement par d'autres outils. Il peut suivre plusieurs animaux comme des poissons, des drosophiles, des fourmis, etc. Les performances de notre outil sont meilleures que idTracker et Ctrax. / Collective motion is one of the most striking phenomena in nature. It has been observed in a lot of animal species, such as bacteria, ants, fish, flocks of birds and crowds of human. These collective animal behaviors not only show us spectacular scenes, but also attract us to explore the underlying mechanisms in order to understand the laws and evolution of biological groups and even help us design smarter self-organizing robots. We study different collective motion systems including single species systems such as fish school and human crowd; and multi-species group chase and escape system. Among which, we focus on the mechanisms and roles of information processing on macro patterns. Moreover, regarding to the fact that it's very difficult to extract trajectory data from low quality experiment videos, we propose a fast and robust tracking tool. Details are as follows: 1. We study the mechanisms of information processing in the movements of Hemigrammus rhodostomus in a ring-shaped tank. For the first time, we define a special behavior of fish school: U-turn event. By introducing time delay between fish interaction, we find that a focal fish usually corresponds to only 1 or 2 fish which is not necessarily the nearest one. Moreover, we find the turning information during a group U-turn event propagates like domino. In addition, we use transfer entropy to quantify dynamic information flows in space and time across the U-turn events. 2. We study the role of perturbation information in human crowd system by introducing obstacles as perturbation information into a panic escaping flow. We find a useful and simple way to increase the panic flow in order to save more lives under dangerous situation. We apply genetic algorithms to optimize the layout of pillars in the simulations and then test the results with real human experiments. Results show that putting two pillars along the two sides of the exit can maximize the escape velocity. In the end, a tangential momentum theory is proposed to explain the role of the perturbation information. 3. We study the role of information processing mechanisms in multi-species collective motion by introducing different strateg?ies for the prey in a group chase model. We propose three aggregation strategies: moving to mass center of all preys, moving to the nearest prey and minimising the total distance to all preys. Results show that aggregation increase the group survival time greatly, even allowing immortal prey. There is a phase transition of t (average survival time) against M (number of predator). 4. We developed a new tracking tool to improve the current image recognizing and video tracking algorithms so as to extract trajectories from low quality videos. Our tool integrates mean-value filter, background substraction, artificial neural network, K-means clustering and a well defined cost function. It can track low quality videos which can be hardly tracked by other tools. And it can track different animals such as fish, drosophila, ants and so on. The overall tracking performance is better than idTracker and Ctrax.

La thèse traite de la planification des mouvements optimaux dans les systèmes robotiques redondants pour l'automatisation des processus d’enroulement filamentaire. L'objectif principal est d'améliorer la productivité des cellules de travail en développant une nouvelle méthodologie d'optimisation des mouvements coordonnés du robot manipulateur, du positionneur de pièce et de l'unité d'extension de l'espace de travail. Contrairement aux travaux précédents, la méthodologie proposée offre une grande efficacité de calcul et tient compte à la fois des contraintes technologiques et des contraintes du système robotique, qui décrivent les capacités des actionneurs et s'expriment par les vitesses et accélérations maximales admissibles dans les articulations actionnées. La technique développée est basée sur la conversion du problème continu original en un problème combinatoire, où toutes les configurations possibles des composants mécaniques sont représentées sous la forme d'un graphe multicouche dirigé et le mouvement temporel optimal est généré en utilisant le principe de programmation dynamique. Ce mouvement optimal correspond au plus court chemin sur le graphique satisfaisant les contraintes de lissage. Les avantages de la méthodologie développée sont confirmés par une application industrielle d’enroulement filamentaire pour la fabrication de pièces thermoplastiques au CETIM. / The thesis deals with the optimal motion planning in redundant robotic systems for automation of the composite lay-up processes. The primary goalis to improve the lay-up workcell productivity by developing a novel methodology of optimizing coordinated motions of the robotic manipulator,workpiece positioner and workspace extension unit,which ensure the shortest processing time and smooth movements of all mechanical components. In contrast to the previous works, the proposed methodology provides high computational efficiencyand also takes into account both the technological constraints and the robotic system constraints, which describe capacities of the actuators and are expressed by the maximum allowable velocities and accelerations in the actuated joints. The developed technique is based on conversion of the original continuous problem into a combinatorial one, where all possible configurations of the mechanical components are represented as a directed multi layergraph and the desired time-optimal motion is generated using dynamic programming principle for searching the shortest path on the graph satisfying the smoothness constraints. It is also proposed an enhancement of this technique by dividing the optimization procedure in two stages combining global and local searches. At the first stage, the developed algorithm is applied in the global search space generated with large discretization step. Then,the same technique is applied in the local search space, which is created with smaller step in the neighborhood of the obtained trajectory. The advantages of the developed methodology are confirmed by industrial implementation on the factory floor that deals with manufacturing of the high pressure vessel.

Avec la forte augmentation actuelle et future du trafic aérien, les questions relatives à la capacité, la sécurité et les effets environnementaux du transport aérien vont se poser de façon chaque fois plus critique. L'objectif général de cette thèse est de contribuer à l'amélioration de l'opération et de l'organisation du trafic aérien dans cette perspective de croissance. Le premier objectif spécifique de cette thèse est de faire la synthèse d'une loi de commande permettant aux avions de transport de suivre avec précision une trajectoire 3D+T. Le deuxième objectif spécifique de cette thèse est d'introduire une organisation particulière des corridors aériens, les airstreams, compatible avec la loi de guidage développée et permettant d'utiliser au mieux la capacité du corridor. Ainsi dans une première étape est introduite la dynamique de guidage des avions de transport, ainsi que les systèmes de guidage et de gestion du vol des avions modernes. Ensuite les principaux éléments de l'organisation de la gestion et du contrôle du trafic aérien sont introduits. La loi de guidage 3D+T est développée, simulée et ses performances sont analysées. L'étude d'une manœuvré de changement de voie dans un airstream est alors menée et mise en œuvre dans le cadre de la gestion du trafic à l'intérieur de celui-ci. Finalement les conclusions et perspectives de cette étude sont présentées / With the increase in air traffic, surely a question of flight efficiency (delays), environment impact and safety arise. This calls for improvements in accuracy of spatial and temporal trajectory tracking. The first main objective of this thesis is to contribute to the synthesis of a space-indexed nonlinear guidance control law for transportation aircraft presenting enhanced tracking performances and to explore the performances and feasibility of a flight guidance control law which is developed based on a space-indexed reference to track a 3D+T reference trajectory using nonlinear dynamic inversion control. The proposed guidance control law present reduced tracking errors and able to meet more easily overfly time constraints. Before presenting the main approaches for the design of the 3D+T guidance control laws; the modern flight guidance and flight dynamics of transportation aircraft, including explicitly wind components are first introduced. Then, a description of the current and modern air traffic organization including the organization of air traffic in high density flow will be shown and this will lead to a description of the Airstreams concept. This proposed concept is to organize main traffic flows in congested airspace along airstreams which are characterized by a three dimensional (3D) common reference track (ASRT). Finally, a scenario to perform basic maneuvers inside the airstream following a 3D+T trajectory using a common space-indexed will be developed and will be used to illustrate the traffic management along an airstream.

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Ce travail est dédié au contrôle non linéaire d'un drone de type quadricoptère dont la spécificité est de pouvoir voler aussi bien que se déplacer en glissant sur le sol, à la façon d'un aéroglisseur. Dans un contexte d'exploration autonome de bâtiment, ce concept hybride permet d'économiser les batteries lorsqu'il n'est pas nécessaire de voler puisque le drone profite des surfaces planes pour se déplacer sans avoir à compenser la gravité ; il peut ainsi prolonger l'autonomie au-delà de la vingtaine de minutes typique d'un quadricoptère classique. Contrairement aux véhicules terrestres à roues, les capacités de franchissement de notre drone sont fortement augmentées car son aptitude au vol l'autorise à éviter les obstacles, à changer d'étage ou passer par une fenêtre. L'étude menée ici concerne essentiellement le déplacement surfacique de ce drone hybride, et vise à concevoir et implémenter une loi de contrôle capable d'asservir ce système sur des trajectoires planes au sol. Ce drone terrestre est similaire à un système sous actionné de type glisseur ; le problème de la stabilisation en un point est donc distingué du suivi de trajectoire en raison de la condition de Brockett que ce système ne satisfait pas ; notre plateforme ne peut donc pas être stabilisée par des retours d'états continus. En s'appuyant sur la littérature, cette thèse propose différentes approches théoriques en temps variant, fonctions transverses, platitude ou encore par "Backstepping" pour répondre à ces problèmes. Après une phase d'identification du modèle dynamique employé, la partie expérimentale, exploitant un système de Motion Capture pour récupérer les informations de position et d'orientation du système, valide ces lois de contrôle et de commande pour le suivi d'une trajectoire circulaire simple. / This thesis is dedicated to the non-linear control of a special hybrid quadrotor which is able to fly, and slide on the ground like an hovercraft. In the context of an autonomous indoor exploration this hybrid concept allows saving energy when flying is not necessary, since the drone can then slide on the ground without having to compensate for the gravity; autonomy can last beyond the 20 minutes typical of a standard quadrotor. Contrarily to wheeled mobile robots, the hybrid drone ability to move across space is strongly increased since it can fly to avoid obstacles, to move between two levels, to get in through a window. The study under consideration is essentially focused on the displacement of the drone on the ground and aims at designing and implementing a control law so that our system is able to track a 2D xy plane trajectory. This terrestrial quadrotor is similar to a slider underactuated vehicle. The point stabilisation is then separately studied from the trajectory tracking issue because of the Brockett condition, which is not satisfied in that case; our platform cannot be stabilized by means of continuous state feedbacks. This thesis proposes different theoretical developments based on the literature and deriving from time varying control laws, transverse functions, flatness or backstepping techniques to solve both point stabilisation and trajectory tracking. The experimental part of the thesis is based on the recovering of the drone position in real time and orientation via a Motion Capture system for feedback loop in the control law; the proposed dynamical model was validated as well as the control and command laws for the tracking of a circular trajectory.

L'approximation de fonctions et de données discrètes est fondamentale dans des domaines tels que la planification de trajectoire ou le traitement du signal (données issues de capteurs). Dans ces domaines, il est important d'obtenir des courbes conservant la forme initiale des données. L'utilisation des splines L1 semble être une bonne solution au regard des résultats obtenus pour le problème d'interpolation de données discrètes par de telles splines. Ces splines permettent notamment de conserver les alignements dans les données et de ne pas introduire d'oscillations résiduelles comme c'est le cas pour les splines d'interpolation L2. Nous proposons dans cette thèse une étude du problème de meilleure approximation au sens de la norme L1. Cette étude comprend des développements théoriques sur la meilleure approximation L1 de fonctions présentant une discontinuité de type saut dans des espaces fonctionnels généraux appelés espace de Chebyshev et faiblement Chebyshev. Les splines polynomiales entrent dans ce cadre. Des algorithmes d'approximation de données discrètes au sens de la norme L1 par procédé de fenêtre glissante sont développés en se basant sur les travaux existants sur les splines de lissage et d'ajustement. Les méthodes présentées dans la littérature pour ces types de splines peuvent être relativement couteuse en temps de calcul. Les algorithmes par fenêtre glissante permettent d'obtenir une complexité linéaire en le nombre de données. De plus, une parallélisation est possible. Enfin, une approche originale d'approximation, appelée interpolation à delta près, est développée. Nous proposons un algorithme algébrique avec une complexité linéaire et qui peut être utilisé pour des applications temps réel. / Data and function approximation is fundamental in application domains like path planning or signal processing (sensor data). In such domains, it is important to obtain curves that preserve the shape of the data. Considering the results obtained for the problem of data interpolation, L1 splines appear to be a good solution. Contrary to classical L2 splines, these splines enable to preserve linearities in the data and to not introduce extraneous oscillations when applied on data sets with abrupt changes. We propose in this dissertation a study of the problem of best L1 approximation. This study includes developments on best L1 approximation of functions with a jump discontinuity in general spaces called Chebyshev and weak-Chebyshev spaces. Polynomial splines fit in this framework. Approximation algorithms by smoothing splines and spline fits based on a sliding window process are introduced. The methods previously proposed in the littérature can be relatively time consuming when applied on large datasets. Sliding window algorithm enables to obtain algorithms with linear complexity. Moreover, these algorithms can be parallelized. Finally, a new approximation approach with prescribed error is introduced. A pure algebraic algorithm with linear complexity is introduced. This algorithm is then applicable to real-time application.

La conduite autonome a attiré une attention croissante au cours des dernières décennies en raison de son potentiel impact socio-économique, notamment concernant la réduction du nombre d'accidents de la route et l'amélioration de l'efficacité du trafic. Grâce à l'effort de plusieurs instituts de recherche et d'entreprises, les véhicules autonomes ont déjà accumulé des dizaines de millions de kilomètres parcourus dans des conditions de circulation réelles. Cette thèse porte sur la conception d'une architecture de contrôle pour les véhicules autonomes et coopératifs dans l'optique de leur déploiement massif. La base commune des différentes architectures proposées dans cette thèse est le Contrôle-Commande Prédictif, reconnu pour son efficacité et sa polyvalence. Nous présentons tout d'abord une architecture classique de contrôle hiérarchique, qui utilise la commande prédictive pour planifier un déplacement (choix de trajectoire), puis déterminer un contrôle permettant de suivre cette trajectoire. Toutefois, comme nous le montrons dans un deuxième temps, cette architecture simple n'est pas capable de gérer certaines contraintes logiques, notamment liées aux règles de circulation et à l'existence de choix de trajectoires discrets. Nous proposons donc approche hybride de la commande prédictive, que nous utilisons pour développer une architecture de contrôle pour un véhicule autonome individuel. Nous étudions le problème de contrôler un ensemble de véhicules autonomes circulant en convoi, i.e. maintenir une formation prédéterminée sans intervention humaine. Pour ce faire, nous utilisons à nouveau une architecture hiérarchique basée sur la commande prédictive, composée d'un superviseur de convoi et de contrôleurs pour chaque véhicule individuel. Enfin, nous proposons encore une architecture pour le problème de coordonner un groupe de véhicules autonomes dans une intersection sans feux de circulation, en utilisant un contrôleur d'intersection et en adaptant les contrôleurs des véhicules individuels pour leur permettre de traverser l'intersection en toute sécurité. / Autonomous driving has been gaining more and more attention in the last decades, thanks to its positive social-economic impacts including the enhancement of traffic efficiency and the reduction of road accidents. A number of research institutes and companies have tested autonomous vehicles in traffic, accumulating tens of millions of kilometers traveled in autonomous driving. With the vision of massive deployment of autonomous vehicles, researchers have also started to envision cooperative strategies among autonomous vehicles. This thesis deals with the control architecture design of individual autonomous vehicles and cooperative autonomous vehicles. Model Predictive Control (MPC), thanks to its efficiency and versatility, is chosen as the building block for various control architectures proposed in this thesis. In more detail, this thesis first presents a classical hierarchical control architecture for individual vehicle control that decomposes the controller into a motion planner and a tracking controller, both using nonlinear MPC. In a second step, we analyze the inability of the proposed planner in handling logical constraints raised from traffic rules and multiple maneuver variants, and propose a hybrid MPC based motion planner that solves this issue. We then consider the convoy control problem of autonomous vehicles in which multiple vehicles maintain a formation during autonomous driving. A hierarchical formation control architecture is proposed composing of a convoy supervisor and local MPC based vehicle controllers. Finally, we consider the problem of coordinating a group of autonomous vehicles at an intersection without traffic lights. A hierarchical architecture composed of an intersection controller and multiple local vehicle controllers is proposed to allow vehicles to cross the intersection smoothly and safely.