Nous nous intéressons à l'architecture de robots marins et sous-marins autonomes dans le cadre de missions nécessitant leur coopération. Cette coopération s'avère difficile du fait que la communication (acoustique) est très contrainte en termes de débit et de portée.  Notre travail se place dans le contexte de missions d'exploration pour détecter des éléments particuliers sur les fonds marins, et en particulier des sources d'eau chaude. Pour cela, le véhicule sous-marin parcours des segments de droite pré-planifiés et rejoint des points de rendez-vous (points de communication). Ces derniers permettent d'assurer le suivi de bon déroulement de la mission, mais surtout de mettre en oeuvre des schémas de coopération entre les véhicules sous-marins. Au fur et à mesure de l'exploration, les sous-marins construisent et mettent à jour une représentation de l'environnement qui décrit les probabilités de localisation de sources. Une approche adaptative exploite ces informations et permet de dévier les sous-marins de leurs plan initial pour augmenter la quantité d'information, tout en respectant les contraintes du plan initial, et en particulier les rendez-vous de communication. Lors des rendez-vous, chaque véhicule échange ses données avec les autres, en ne transmettant que les informations nécessaires à la mise en place de schémas de coopération. L'ensemble de ces fonctions sont intégrées au sein de l'architecture existante T-REX, pour laquelle nous proposons des composants supplémentaires qui permettent la cartographie des fonds et la définition de schémas de coopération. Différentes simulations permettent d'évaluer les travaux proposés. / There is a growing research interest in Autonomous Underwater Vehicles (AUV), due to the need for increasing our knowledge about the deep sea and understanding the effects the human way of life has on it. This need has pushed the development of new technologies to design more efficient and more autonomous underwater vehicles. Autonomy refers, in the context of this thesis, to the “decisional autonomy”, i.e. the capability of taking decisions, in uncertain, varying and unknown environments. A more recent concern in AUV area is to consider a fleet of vehicles (AUV, ASV, etc). Indeed, multiple vehicles with heterogeneous capabilities have several advantages over a single vehicle system, and in particular the potential to accomplish tasks faster and better than a single vehicle. Underwater target localization using several AUVs (Autonomous Underwater Vehicles) is a challenging issue. A systematic and exhaustive coverage strategy is not efficient in term of exploration time: it can be improved by making the AUVs share their information and cooperate to optimize their motions. The contribution of this thesis is the definition of an architecture that integrates such a strategy that adapts each vehicle motions according to its and others’ sensory information. Communication points are required to make underwater vehicles exchange information : for that purpose the system involves one ASV (Autonomous Surface Vehicle), that helps the AUVs re-localize and exchange data, and two AUVs that adapt their strategy according to gathered information, while satisfying the associated communication constraints. Each AUV is endowed with a sensor that estimates its distance with respect to targets, and cooperates with others to explore an area with the help of an ASV. To provide the required autonomy to these vehicles, we build upon an existing system (T-REX) with additional components, which provides an embedded planning and execution control framework. Simulation results are carried out to evaluate the proposed architecture and adaptive exploration strategy

Nous nous intéressons à l'architecture de robots marins et sous-marins autonomes dans le cadre de missions nécessitant leur coopération. Cette coopération s'avère difficile du fait que la communication (acoustique) est de faible qualité et de faible portée. Afin d'illustrer notre travail, nous nous intéressons à un scénario de localisation d'une source d'eau chaude sous-marine. Pour cela, le véhicule sous marin parcourt des segments de droite et rejoint des points de rendez-vous (points de communication). Ces derniers sont importants car ils permettent la mise en oeuvre d'une coopération entre les véhicules sous-marins. Au fur et à mesure du déplacement d'un véhicule, celui ci détecte (grâce à ses capteurs) sa distance à une zone pouvant contenir une source d'eau chaude. Afin de localiser une source, on doit permettre au véhicule de modifier sa trajectoire initiale, tout en s'assurant d'atteindre le point de rendez-vous. D'autre part, les rendez-vous permettent à chaque véhicule d'échanger ses données pour une coopération. Vu que le débit de communication acoustique est réduit, chaque véhicule doit extraire les informations utiles pour les communiquer. Nous présentons nos travaux effectués dans ce contexte, et une proposition d'architecture qui permet de trouver un compromis entre la modification de la trajectoire et l'atteinte de points de rendez-vous.

Dans ce travail, l’optimisation de la propulsion et de la commande des AUV (Autonomous Underwater Vehicles en anglais) est développée. Le modèle hydrodynamique de l’AUV est examiné. Egalement, son système de propulsion est étudié et des modèles pour des solutions de propulsion différentes (fixe et vectorielle) sont développés dans le cadre de la mobilité autonome.Le modèle et l’identification de la technologie de propulsion dite fixe sont basés sur un propulseur disponible commercialement. Le système de propulsion vectoriel est basé sur un prototype de propulseur magneto-couplé reconfigurable (PMCR) développé à l’IRDL-ENIB.Une méthode de commande non linéaire utilisant le modèle hydrodynamique de l’AUV est développée et son adaptation à deux systèmes de propulsion est présentée. Des analyses portant sur la commandabilité du robot et l’application de cette commande à différents systèmes sont proposées. L’optimisation globale est utilisée pour trouver des topologies propulsives et des paramètres de commande adaptés à la réalisation de tâches robotiques spécifiques. L’optimisation réalisée permet de trouver des solutions capables d’assurer le suivi de trajectoire et de minimiser la consommation énergétique du robot. L’optimisation utilise un algorithme génétique (algorithme évolutionnaire), une méthode d’optimisation stochastique appliquée ici à la conception orientée tâche de l’AUV. Les résultats de cette optimisation peuvent être utilisés comme une étape préliminaire dans la conception des AUVs, afin de donner des pistes pour améliorer les capacités de la propulsion.La technique d’optimisation est également appliquée au robot RSM (fabriqué au sein de l’IRDL-ENIB) en modifiant seulement quelques paramètres de sa topologie propulsive. Cela afin d’obtenir des configurations de propulsion adaptées au cours d’une seule et même mission aux spécificités locomotrices des tâches rencontrées : reconfiguration dynamique de la propulsion de l’AUV. / In this PhD thesis, the optimization of the propulsion and control of AUVs is developed. The hydrodynamic model of the AUVs is examined. Additionally, AUV propulsion topologies are studied and models for fixed and vectorial technology are developed. The fixed technology model is based on an off the shelf device, while the modeled vectorial propulsive system is based on a magnetic coupling thruster prototype developed in IRDL (Institut de Recherche Dupuy de Lôme) at ENI Brest. A control method using the hydrodynamic model is studied, its adaptation to two AUV topologies is presented and considerations about its applicability will be discussed. The optimization is used to find suitable propulsive topologies and control parameters in order to execute given robotic tasks, speeding up the convergence and minimizing the energy consumption. This is done using a genetic algorithm, which is a stochastic optimization method used for task-based design.The results of the optimization can be used as a preliminary stage in the design process of an AUV, giving ideas for enhanced propulsive configurations. The optimization technique is also applied to an IRDL existing robot, modifying only some of the propulsive topology parameters in order to readily adapt it to different tasks, making the AUV dynamically reconfigurable.