Les constructeurs automobiles fabriquant des systèmes de conduite automatisée ont besoin d’aborder les conséquences que ces systèmes peuvent avoir sur la sécurité routière. Notamment pour l’évaluation des gains de sécurité, la sécurisation des essais et l’analyse des accidents impliquant le véhicule autonome. Cependant, le cadre conceptuel actuel utilisé dans la sécurité routière peut ne pas être adapté pour l’analyse des changements et des nouvelles interactions introduits par l’automatisation du véhicule à travers toutes les échelles du système sociotechnique de transport routier.Le but de la thèse est d’appliquer une approche systémique fondée sur STAMP afin d'étudier les gains attendus du véhicule autonome en termes de sécurité routière, sécuriser les expérimentations et analyser les accidents impliquant ce type de véhicule, à travers toutes les échelles du système sociotechnique de transport routier.Afin de contribuer au calcul des gains du véhicule autonome sur la sécurité routière, la population cible d’un « highway pilot system» a été définie et des questions issue d’une analyse STPA (analyse des risques issue de STAMP) aidant à l’évaluation de l’efficacité du système ont été élaborées.Un cadre de sécurisation des expérimentations couvrant tous les niveaux du système a été mis en place au moyen d’une analyse STPA à deux échelles.Enfin, une méthode d’analyse des accidents impliquant un conducteur automatisé a été créé en intégrant des éléments issus de méthodes d’analyses des accidents de la route existantes et des éléments explicatifs développés spécialement à la méthode CAST (méthode d’analyse des accidents fondée sur STAMP). L’accident impliquant une Tesla en mai 2016 est le cas d’étude de cette nouvelle méthode, CASCAD.En conclusion, ces trois applications ont montré tout le potentiel d’une approche systémique fondée sur STAMP pour offrir un cadre conceptuel adapté à l’évaluation des conséquences sur la sécurité routière de la conduite automatisée. / As automakers develop automated driving systems, they must address the implications of such systems on road safety. Notably for the safety benefit assessment, trial safety and accident analysis. However, the existing conceptual framework in road safety may not be adapted to analyze the changes and new interactions introduced by vehicle automation at all the levels of the road transport sociotechnical system.The main objective of this thesis is to apply a systems theoretic approach based on STAMP to examine the safety benefit assessment, trial safety and accident analysis of automated driving across all the levels of the road transport sociotechnical system.This research first contributes to safety benefit assessment by estimating the target population of a highway pilot system and by generating questions derived from an STPA analysis (hazard analysis based on STAMP) to facilitate the evaluation of the influence of the highway pilot system on road safety.Next, this work establishes a framework to ensure trial safety across the macroscopic and microscopic levels of the vehicle trial system by structuring the outputs of two STPA analyses.Finally, this thesis integrates elements from existing crash analysis methods and newly developed guidance elements into CAST (an accident analysis method based on STAMP) to develop a new method for the accident analysis of crashes involving automated driving called CASCAD. The application of CASCAD was illustrated using the available information of the Tesla crash on May 2016.The three applications of this research show the potential of a STAMP-based approach to provide a suitable conceptual framework for the analysis of the implications of road safety on automated driving.

L'augmentation continue du nombre de véhicules a sans cesse conduit à innover pour mieux réguler le trafic routier. Aujourd'hui, l'automatisation des véhicules et la communication inter-véhiculaire rend possible une nouvelle approche : l'intersection autonome et coopérative (IAC) dans laquelle les véhicules autonomes communiquent pour négocier leur droit de passage à l'intersection. Théoriquement plus efficace, plus sûre et plus économique que les approches traditionnelles, son implémentation et son déploiement constituent néanmoins un défi scientifique et technologique. Dans ce mémoire, nous proposons plusieurs contributions soutenant ce développement : une stratégie de contrôle longitudinal et latéral du véhicule conçues pour fonctionner avec des informations discrètes et présentant une latence (provenant de la communication sans-fil ou du positionnement satellite), une solution de prévention des risques d'inter-blocage spécifique à l'IAC, et enfin, l'implémentation et l'expérimentation d'un prototype réel d'IAC avec trois véhicules autonomes. Un travail exploratoire est ensuite fourni pour généraliser les principes de l'IAC, afin d'automatiser et optimiser les opérations de changement de voie et d'insertion. / The continuous increase in the number of vehicles has constantly led to innovation to improve the regulation of road traffic. Today, vehicle automation and inter-vehicular communication make possible a new approach: the autonomous and cooperative intersection (ACI) in which autonomous vehicles communicate to negotiate their right of way at the intersection. Theoretically more effective, safer and more economical than traditional approaches, its implementation and deployment constitute a scientific and technological challenge. In this paper, we propose several contributions supporting this development: a longitudinal and lateral vehicle control strategy designed to work with information discrete and suffering from latency (coming from wireless communication or satellite positioning), a preventive solution of the risks of deadlock specific to the ACI, and finally the implementation and testing of a real prototype of ACI with three autonomous vehicles. An exploratory work is then provided to generalize the principles of the ACI, in order to automate and optimize the operations of lane change and insertion.

Dans ce travail, nous exploitons le potentiel offert par les véhicules autonomes coopératifs, pour fluidifier le trafic dans une intersection isolée puis dans un réseau d’intersections. Nous proposons le protocole SVAC (Système du Véhicule Actionneur Coopératif) permettant de réguler une intersection isolée. SVAC est basé sur une distribution individuelle du droit de passage qui respecte un ordre précis donné par une séquence de passage.Pour optimiser la séquence de passage, nous définissons la politique PED (Politique d’Evacuation Distribuée) permettant d’améliorer le temps d’évacuation total de l’intersection. La création de la séquence de passage est étudiée à travers deux modélisations. Une modélisation sous forme de graphes permettant le calcul de la solution optimale en connaissant les dates d’arrivée de tous les véhicules, et une modélisation de type réseaux de Petri avec dateurs pour traiter la régulation temps-réel. Des tests réels avec des véhicules équipés ont été réalisés pour étudier la faisabilité du protocole SVAC. Des simulations mettant en jeu un trafic réaliste permettent ensuite de montrer la capacité de fluidifier le trafic par rapport à une régulation classique par feux tricolores.La régulation d’un réseau d’intersections soulève les problèmes d’interblocage et de réorientation du trafic. Nous proposons le protocole SVACRI (Système du Véhicule Actionneur Coopératif pour les Réseaux d’Intersections) qui permet d’éliminer à priori les risques d’interblocage à travers la définition de contraintes d’occupation et de réservation de l’espace et du temps. Nous étudions également la possibilité d’améliorer la fluidité du trafic à travers le routage des véhicules, en tirant avantage du protocole SVACRI. Enfin, nous généralisons le système de régulation proposé pour la synchronisation des vitesses aux intersections. / The objective of this work is to use the potential offered by the wireless communication and autonomous vehicles to improve traffic flow in an isolated intersection and in a network of intersections. We define a protocol, called CVAS (Cooperative Vehicle Actuator System) for managing an isolated intersection. CVAS distributes separately the right of way to each vehicle according to a specific order determined by a computed sequence.In order to optimize the sequence, we define a DCP (Distributed Clearing Policy) to improve the total evacuation time of the intersection. The control strategy is investigated through two modeling approaches. First graph theory is used for calculating the optimal solution according to the arrival times of all vehicles, and then a timed Petri Net model is used to propose a real-time control algorithm. Tests with real vehicles are realized to study the feasibility of CVAS. Simulations of realistic traffic flows are performed to assess our algorithm and to compare it versus conventional traffic lights.Managing a network of intersections raises the issue of gridlock. We propose CVAS-NI protocol (Cooperative Vehicle actuator system for Networks of Intersections), which is an extension of CVAS protocol. This protocol prevents the deadlock in the network through occupancy and reservation constraints. With a deadlock free network we extend the study to the traffic routing policy. Finally, we generalize the proposed control system for synchronizing the vehicle velocities at intersections.

Le travail de thèse de Baudoin Dafflon se situe dans la thématique générale des systèmes auto-organisés, dans la version centrée sur les systèmes multi-agents. Ce travail repose sur l’idée que l’organisation d’un système distribué peut émerger à partir du comportement de chacune des d’entités autonomes et proactives qui le composent. L’organisation émergente satisfait l’objectif confié au système auto-organisé. Cette thèse s’est particulièrement occupé de domaines applicatifs où les systèmes auto-organisés sont formés par des entités matérielles intelligents, en général mobiles, situées dans un environnement physique relativement incertain. Ses études de cas appartiennent à la problématique de la conduite en convoi de flottes de véhicules autonomes.En particulier, B. Dafflon s’est intéressé à la prise de décision pour ce genre de systèmes. Cette question est particulièrement importante lorsque l’environnement est incertain, soit par ce que les entités autonomes en ont une connaissance imparfaite, soit par ce que des phénomènes aléatoires peuvent se produire. Dans ce cas chaque entité doit décider, de façon décentralisée quelle est la meilleure action locale à exécuter pour que l’organisation globale soit préservée. Si bien l’échange d’informations entre entités n’est pas exclu d’emblée pour ce type de systèmes, les travaux de cette Thèse ont été conduits en adoptant la contrainte de non-communication, dans le but d’explorer la portée des approches purement autonomes et locales de la prise de décision par les agents.Parmi les contributions substantielles apportées par cette thèse nous pouvons mentionner les suivants. Premièrement, la proposition d’une architecture qui sépare la fonction décision de la fonction contrôle, ce qui permet de mieux intégrer des fonctionnalités qui prennent en compte l’incertain. Un exemple dans le domaine applicatif (la conduite en convoi) serait l’évitement d’obstacles. Deuxièmement, B. Dafflon propose l’introduction d’une hiérarchie de systèmes multi-agents où la prise de décision est également envisagée comme un processus auto-organisé dans un monde virtuel d’agents. Ce monde virtuel est défini par un processus d’abstraction des informations données par les percepts des agents matériels. Finalement, cette Thèse propose des modèles d’interaction pour ces agents virtuels qui reposent sur des processus physiques (lois d’attraction-répulsion, dynamique des gazes, ...). L’intérêt en est que la décision peut être élaborée de façon calculatoire, en évaluant des indicateurs globaux inspirés des processus physiques modélisés.Les travaux présentés dans cette thèse ont été effectués et ont été financés par le projet ANR-VTT SafePlatoon. / Baudoin Dafflon’s doctoral work is placed in the general frame of self-organised systems. This kind of systems bases on the hypothesis that their organizationcan be the result of the individual behaviour of each one of the autonomous and proactive component entities. This emergent organization satisfies the objectives entrusted to the self-organizing system. This thesis is mainly directed to application domains in which the self-organizing system is composed of intelligent, frequently mobile material devices places in a physical, uncertain environment. Case-studies made included in this Thesis belong to the vehicle platoon problem.This Thesis interests mainlyto the decision-making problem of the self organizing systems of this kind. This aspect is particularly important when the system evolves in an uncertain environment. Uncertainty can be the consequence of an imperfect knowledge of the environment or because of the occurrence of unpredictable events. In those situations the autonomous entities have to decide locally about the best action to be performed in order for the global organization to be maintained. Even if information exchange among autonomous entities is not excluded a-priori, this doctoral work has been done under the restriction of non-communication, in order to investigate the reach of completely de-centralised approaches.Among the contributions of this thesis we can mention the following. Firstly, the proposal of an architecture that separates decision making and control, thereby allowing a simpler integration of uncertainty-management. An example from the application domain (vehicle platoons) is obstacle avoidance. Secondly, this thesis introduces a hierarchy of multi-agent systems such that decision-making is also conceived as a self-organized process in a virtual agent’s world. The later is built from an abstraction process based on the perceptions produced by material agents. Lastly, this thesis proposes physics-inspired interaction mechanisms for virtual agents. Those interaction models based on phenomena such as attraction-repulsion forces or gas dynamics, allow for a computational decision making process based on the laws and properties of the adopted physical models.Doctoral work presented in this Thesis has been done in the framework of the ANR-VTT project.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la conception de véhicules autonomes, et plus spécifiquement de la vérification de contrôleurs de tels véhicules. Nos contributions à la résolution de ce problème sont les suivantes : (1) fournir une syntaxe et une sémantique pour un modèle de systèmes hybrides, (2) étendre les fonctionnalités du model checker statistique Cosmos à ce modèle et (3) valider empiriquement la pertinence de notre approche sur des cas d'étude typiques du véhicule autonome.Nous avons choisi de combiner le modèle des réseaux de Petri stochastiques de haut niveau (qui était le formalisme d'entrée de Cosmos) avec le formalisme d'entrée de Simulink afin d'atteindre un pouvoir d'expression suffisant. En effet Simulink est très largement utilisé dans le domaine automobile et de nombreux contrôleurs sont spécifiés avec cet outil. Or Simulink n'a pas de sémantique formellement définie. Ceci nous a conduit à concevoir une telle sémantique en deux temps : tout d'abord en introduisant une sémantique dite exacte mais qui n'est pas opérationnelle puis en la complétant par une sémantique approchée intégrant le facteur d'approximation recherché.Afin de combiner le modèle à événements discrets des réseaux de Petri et le modèle continu spécifié en Simulink, nous avons proposé au niveau syntaxique une interfacereposant sur de nouveaux types de transitions et au niveau sémantique une extension de la boucle de simulation. L'évaluation de ce nouveau formalisme a été entièrement implémentée dans Cosmos.Grace à ce nouveau formalisme, nous avons développé et étudié les deux cas d'étude suivants : d'une part une circulation dense sur une section d'autoroute et d'autre part l'insertion du véhicule dans une voie rapide. L'analyse des modélisations correspondantes a démontré la pertinence de notre approche. / This thesis takes place in the context of autonomous vehicle design, and concerns more specifically the verification of controllers of such vehicles. Our contributions are the following: (1) give a syntax and a semantics for a hybrid system model, (2) extend the capacities of the model-checker Cosmos to that kind of models, and (3) empirically confirm the relevance of our approach on typical case studies handling autonomous vehicles.We chose to combine high-level stochastic Petri nets (which is the input formalism of Cosmos) with the input formalism of Simulink, to obtain an adequate expressive power. Indeed, Simulink is largely used in the automotive industry and numerous controllers have been specified using this tool. However, there is no formal semantics for Simulink, which lead us to define such a semantics in two steps:first, we propose an exact (but not operational) semantics, then we complete it by an approximate semantics that includes the targeted approximation level.In order to combine the discrete event model of Petri nets and the continous model specified in Simulink, we define a syntactic interface that relies on new transition types; its semantics consists of an extension of the simulation loop. The evaluation of this new formalism has been entirely implemented into Cosmos.Using this new formalism, we have designed and studied the two following case studies: on one hand, a heavy traffic on a motorway segment, and on the other hand the insertion of a vehicle into a motorway. Our approach has been validated by the analysis of the corresponding models.

Le thème de la « navigation bas-coût », caractérisé par le transfert de performance des capteurs vers les algorithmes de fusion de données et de commande, est un thème central dans de nombreuses applications militaires liées en particulier aux besoins nouveaux des troupes légères. L'utilisation de capteurs inertiels ou magnétométriques type MEMS et de GPS civils (notamment), optimise les critères d'encombrement, de masse et de consommation. Mais elle requiert, en compensation des performances relativement médiocres des capteurs, des algorithmes de guidage-navigation-pilotage spécifiques aux applications considérées. Dans ce mémoire, nous considérons trois scénarios d'utilisation et exposons des techniques innovantes pour la localisation et le contrôle. Nous considérons d'abord le cas d'un robot terrestre équipé de capteurs de proximité, d'un gyroscope, d'odomètres et d'un GPS. Nous implémentons expérimentalement avec succès un algorithme d'évitement d'obstacles dont nous établissons une preuve de convergence, ainsi qu'un algorithme de planification de trajectoires hors ligne dont nous utilisons les résultats en temps réel pour réaliser, via un estimateur non linéaire, un bouclage par retour dynamique. Nous étudions ensuite le cas du vol autonome d'une plate-forme aérienne instable de type hélicoptère. Nous développons et implémentons, à bord sur un système de mesure et de calcul temps-réel de notre conception, un estimateur d'état incluant un modèle de la dynamique du vol de l'engin, recalé par les capteurs inertiels, barométriques, et GPS ainsi qu'un bouclage par retour d'état. En utilisant les résultats de filtrage sur les vols effectués, les paramètres du modèle sont précisément identifiés : la qualité et la robustesse de l'estimation obtenues grâce au modèle permettent de réaliser un vol stationnaire autonome en extérieur. Enfin nous considérons le problème d'un piéton évoluant à l'intérieur de bâtiments. Les erreurs d'estimation du cap lors de l'utilisation des différentes plate-formes (terrestre comme aérienne) nous guident vers une utilisation nouvelle du champ magnétique par l'inspection de ses gradients. Par une technique que nous exposons, nous montrons comment utiliser les perturbations (inconnues) du champ magnétique pour améliorer considérablement l'estimation de position d'une centrale inertielle bas-coût au point qu'elle devienne un instrument de localisation.

Le véhicule autonome offre plusieurs avantages : le confort, la réduction du stress, et la réduction de la mortalité routière. Néanmoins, les accidents mortels impliquant sa responsabilité, ont mis en exergue ses limitations et ses imperfections. Ces accidents soulèvent des questions sur la fiabilité et des voix ont fait part d'une forte préoccupation pour la sécurité des usagers du véhicule autonome. En outre, les tâches de perception et de localisation des véhicules autonomes peuvent avoir des incohérences amenant à des erreurs qui nuiraient à la stabilité du véhicule. Les sources de ces incohérences peuvent être de natures différentes et agir à la fois sur le capteur lui-même (Hardware), ou bien sur le post-traitement de l'information (Software). Dans ce contexte, plusieurs difficultés doivent être surmontées pour arriver à sécuriser l'interaction des systèmes automatisés de conduite avec les conducteurs humains face à ces problèmes, l'adoption d'une stratégie de commande tolérante aux défauts est primordiale. Dans le cadre de cette thèse, des stratégies de détection et de tolérance aux fautes pour la perception et la localisation sont mise en œuvre. En outre, des stratégies de détection et d'estimation de défauts pour les capteurs proprioceptifs sont par ailleurs proposées. L'objectif est d'avoir une localisation fiable de défaut et assurer un fonctionnement avec des performances acceptables. Par ailleurs, vue l'imprédictibilité et la variété des scènes routières, une fusion tolérante aux fautes à base des algorithmes de vote est élaborée pour une meilleure perception. La fusion tire profit des technologies actuelles de détection d'obstacles (détection par radio, faisceaux lumineux ou par caméra) et l'algorithme de vote assure une sortie qui s'approche le plus de la réalité. Des tests avec des données réelles issues d'un véhicule démonstrateur sont utilisés pour valider les approches proposées dans cette thèse. / Driverless vehicle offers several advantages: comfort, reduced stress, and reduced road mortality. Nevertheless, fatal accidents involving its responsibility, have highlighted its limitations and imperfections. These accidents raise questions about autonomous vehicle reliability, and voices expressed a strong concern for the safety of users of the autonomous vehicle. Furthermore, the tasks of perception and localization of autonomous vehicles may have inconsistencies leading to errors that would affect the stability of the vehicle. The sources of these inconsistencies can be of different natures and act both on the sensor itself (Hardware), or on the post-processing of information (Software). In this context, several difficulties must be overcome to secure the interaction of automated driving systems with human drivers facing these problems, the adoption of a fault-tolerant control strategy is paramount. In this thesis, a fault detection and fault tolerant control strategies for perception and localization are implemented. In addition, fault estimation strategies for proprioceptive sensors are also proposed. The purpose is to have a reliable fault localization and ensure acceptable performance. Moreover, given the unpredictability and variety of road scenes, a fault-tolerant fusion based on voting algorithms is developed for a better perception. The fusion takes advantage of current obstacle detection technologies (radio, light beam or camera detection) and the voting algorithm provides an output that is closest to reality. Tests with real data from a demonstrator vehicle are used to validate the approaches proposed in this thesis.

En réponse aux problèmes croissants liés aux transports routiers - accidents, pollutions,congestions - les véhicules à faibles émissions, équipés de systèmes de transports intelligents (ITS)sont progressivement développés. Si la finalité de cette démarche est le véhicule entièrementautonome, on peut néanmoins s'attendre à voir d'abord sur nos routes des véhicules automatisés surdes phases de conduite spécifiques. C'est le cas du convoi automatisé, qui permet à plusieursvéhicules de rouler en convois de manière automatique et donc d'augmenter la capacité des voies decirculation tout en réduisant la consommation de carburant. La fiabilité de cet ITS repose surplusieurs briques technologiques, et en particulier sur la mesure de distance et la transmission dedonnées véhicule-véhicule (V2V).De nombreux systèmes permettent de réaliser ces deux fonctions vitales comme, par exemple, lesradars ou lidars pour la mesure de distance et la technologie IEEE 802.11p pour la communicationvéhiculaire. Si ces différents dispositifs présentent de très bonnes performances, ils sont néanmoinsparticulièrement sensibles aux interférences, qui ne cessent de se multiplier à mesure que le nombrede véhicules équipés augmente et que le trafic est dense. Pour pallier les dégradations deperformances induites par de telles situations, des technologies complémentaires pourraient donc êtreutiles. Le récent développement des diodes électroluminescentes (LED) blanches, en particulier pourl'éclairage automobile, a permis l'émergence des communications optiques visibles sans fil (VLC).Les phares à LED sont alors utilisés pour transmettre des données entre véhicules et avec lesinfrastructures. Malgré la puissance limitée de ces éclairages, plusieurs études ont montré qu'unetransmission de qualité est possible sur quelques dizaines de mètres, faisant de la VLC uncomplément particulièrement intéressant à l'IEEE 802.11p, en particulier pour les convoisautomatisés. Par analogie, on peut alors se demander si les phares ne pourraient pas être aussi utiliséspour mesurer la distance V2V.Le but de cette thèse est donc de proposer et évaluer un système dédié aux situations de convoisautomatisés qui, à partir des phares avant et arrière des véhicules, transmet des données et mesuresimultanément la distance V2V. Dans un premier temps, une étude détaillée de l'état de l'art de laVLC pour la communication V2V est effectuée afin de déterminer l'architecture de base de notresystème. La fonction de mesure de distance est ensuite ajoutée, après une revue des différentestechniques usuelles. Une fois l'architecture générale du système établie, elle est dans un premiertemps validée par des simulations avec le logiciel Simulink. En particulier, les différents paramètressont étudiés afin de déterminer leur impact sur la résolution de mesure de distance et les performancesen transmission de données, puis afin de les optimiser. Si ces simulations fournissent des indicateursimportants pour la compréhension du système, elles ne peuvent cependant remplacer les tests d'unprototype réel. L'implémentation de ce prototype est alors détaillée ainsi que les tests réalisés dansdifférentes configurations. Ces différents tests démontrent l'intérêt des solutions proposées pour lamesure de distance et la communication V2V en convois automatisés. / In response to the growing issues induced by road traffic - accidents, pollution, congestion- low-carbon vehicles equipped with intelligent transportation systems (ITS) are being developed.Although the final goal is full autonomy, the vehicles of the near future will most probably be selfdrivingin certain phases only, as in platooning. Platooning allows several vehicles to moveautomatically in platoons and thus to increase road capacity while reducing fuel consumption. Thereliability of this ITS is based on several core technologies and in particular on vehicle-to-vehicle(V2V) distance measurement and data transmission.These two vital functions can be implemented with several kinds of systems as, for instance, radars orlidars for range-finding and IEEE 802.11p-based devices for vehicular communication. Althoughthese systems provide good performances, they are very sensitive to interferences, which may be agrowing issue as the number of vehicles equipped will increase, especially in dense traffic scenario.In order to mitigate the performance degradation occurring in such situations, complementarysolutions may be useful. The recent developments of white light-emitting diodes (LED), especiallyfor the automotive lighting, has allowed the emergence of visible light communication (VLC). WithVLC, the vehicle headlamps and taillights are used to transmit data to other vehicles orinfrastructures. Despite the limited optical power available, several studies have shown thatcommunication over tens of meters are possible with a low bit error rate (BER). VLC could thus bean interesting complement to IEEE 802.11p, especially in platooning applications. By analogy, onecould wonder if the automotive lighting can also be used for V2V range-finding.The goal of this thesis is thus to propose and evaluate a system dedicated to platooning configurationsthat can perform simultaneously the V2V distance measurement and data transmission functionsusing the headlamps and taillights of the vehicles. The first step of this study is thus a detailed stateof-the art on VLC for V2V communication that will lead to a first basic architecture of our system.Then, the range-finding function is added, after a careful review of the classical techniques. Once thegeneral architecture of the system is drawn, it is validated through simulations in the Simulinkenvironment. The different degrees of freedom in the system design are especially studied, in orderfirst to evaluate their impact on the measurement resolution and the communication performances,and then to be optimized. Although these simulations provide crucial keys to understand the system,they cannot replace real prototype testing. The implementation of the prototype is thus fullydescribed, along with the results of the different experiments carried out. It is finally demonstratedthat the proposed solution has a clear interest for V2V range-finding and communication inplatooning applications.

Dans le domaine de la robotique, les véhicules autonomes de surface en milieu marin jouent un rôle important. Ils permettent de réaliser des opérations dangereuses, comme la surveillance d'environnements marins ou encore des relevés hydrographiques. Avant d'envisager le déplacement d'un véhicule autonome de surface, il est nécessaire d'assurer sa perception de l'environnement. Elle consiste à observer, localiser et éviter les obstacles. A cause des contraintes technologiques, la complexité de l'environnement naturel, et de la diversité des situations rencontrées, il est difficile d'effectuer une plate-forme parfaitement autonome et adaptée à des applications variées. Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet ASAROME (Autonomous SAiling Robot for Oceanographic MEasurements), un projet de réalisation d'un voilier autonome pour des missions de mesures et d'observations de longues durées. Dans un premier temps, nous avons conçu une plate-forme de perception composée de plusieurs types de capteurs : hydrophones, caméra panoramique, centrale inertielle et sonar. A partir des signaux acquis pendant des campagnes de test, nous avons développé des méthodes de traitement du signal. Elles consistent à analyser et traiter des signaux sonores sous-marins et des images panoramiques pour la reconnaissance d'objets, la détection et la localisation d'obstacles. Pour améliorer la perception des obstacles, des méthodes de fusion de données multi-capteurs ont été développées. L'ensemble des algorithmes ont été validés expérimentalement, en lac puis en mer. Ce travail n'est que le premier pas vers la réalisation d'un robot autonome en milieu marin capable de réaliser des missions complexes de longue durée, mais il montre sa faisabilité par le développement de capacités de perception adaptées.

Depuis quelques années, les océanographes et les climatologues expriment un besoin croissant de disposer de moyens de mesures complémentaires pour réaliser des mesures en mer. Les voiliers autonomes sont un moyen potentiel de déploiement des capteurs nécessaires à ces mesures. Le problème abordé dans le cadre de cette thèse est la détermination à tout instant d'un cap navigable permettant aux voiliers robotisés de se déplacer vers un objectif aussi vite que possible tout en évitant les obstacles et en s'adaptant aux conditions instantanées de vent. Nous proposons deux approches de sélection d'un cap navigable pour atteindre un point ou une liste de points de navigation défini par un opérateur humain. La première est similaire à celle utilisée par les skippers humains. Elle se base sur la minimisation d'une fonction de coût exploitant la projection des vitesses représentées dans la courbe polaire caractéristique du voilier sur la route direct vers l'objectif. Une seconde fonction de coût permet de tenir compte de la présence potentielle d'obstacles. %Le premier est basée sur des fonctions de coût fondées sur la stratégie de projection des vitesses représentées dans la courbe polaire caractéristique du bateau, méthode amplement utilisée par les skippers humaines. La deuxième approche repose sur la méthode des champs de potentiel. La particularité de cette approche tient au fait que les capacités de propulsion du voilier, représentées par sa courbe polaire de vitesse, sont traduites par des potentiels locaux qui se déplacent avec le voilier. Cette méthode présente l'avantage d'unifier la représentation des contraintes de la navigation à voile et des tâches à réaliser. Ces différentes méthodes sont illustrées par des simulations numériques ainsi que des essais expérimentaux.