Dans cette thèse, nous proposons des modèles probabilistes et statistiques d’analyse de données multidimensionnelles pour la prévision de l’incertitude sur les trajectoires d’aéronefs. En supposant que pendant le vol, chaque aéronef suit sa trajectoire 3D contenue dans son plan de vol déposé, nous avons utilisé l’ensemble des caractéristiques de l’environnement des vols comme variables indépendantes pour expliquer l’heure de passage des aéronefs sur les points de leur trajectoire de vol prévue. Ces caractéristiques sont : les conditions météorologiques et atmosphériques, les paramètres courants des vols, les informations contenues dans les plans de vol déposés et la complexité de trafic. Typiquement, la variable dépendante dans cette étude est la différence entre les instants observés pendant le vol et les instants prévus dans les plans de vol pour le passage des aéronefs sur les points de leur trajectoire prévue : c’est la variable écart temporel. En utilisant une technique basée sur le partitionnement récursif d’un échantillon des données, nous avons construit quatre modèles. Le premier modèle que nous avons appelé CART classique est basé sur le principe de la méthode CART de Breiman. Ici, nous utilisons un arbre de régression pour construire une typologie des points des trajectoires des vols en fonction des caractéristiques précédentes et de prévoir les instants de passage des aéronefs sur ces points. Le second modèle appelé CART modifié est une version améliorée du modèle précédent. Ce dernier est construit en remplaçant les prévisions calculées par l’estimation de la moyenne de la variable dépendante dans les nœuds terminaux du modèle CART classique par des nouvelles prévisions données par des régressions multiples à l’intérieur de ces nœuds. Ce nouveau modèle développé en utilisant l’algorithme de sélection et d’élimination des variables explicatives (Stepwise) est parcimonieux. En effet, pour chaque nœud terminal, il permet d’expliquer le temps de vol par des variables indépendantes les plus pertinentes pour ce nœud. Le troisième modèle est fondé sur la méthode MARS, modèle de régression multiple par les splines adaptatives. Outre la continuité de l’estimateur de la variable dépendante, ce modèle permet d’évaluer les effets directs des prédicteurs et de ceux de leurs interactions sur le temps de passage des aéronefs sur les points de leur trajectoire de vol prévue. Le quatrième modèle utilise la méthode d’échantillonnage bootstrap. Il s’agit notamment des forêts aléatoires où pour chaque échantillon bootstrap de l’échantillon de données initial, un modèle d’arbre de régression est construit, et la prévision du modèle général est obtenue par une agrégation des prévisions sur l’ensemble de ces arbres. Malgré le surapprentissage observé sur ce modèle, il est robuste et constitue une solution au problème d’instabilité des arbres de régression propre à la méthode CART. Les modèles ainsi construits ont été évalués et validés en utilisant les données test. Leur application au calcul des prévisions de la charge secteur en nombre d’avions entrants a montré qu’un horizon de prévision d’environ 20 minutes pour une fenêtre de temps supérieure à 20 minutes permettait d’obtenir les prévisions avec des erreurs relatives inférieures à 10%. Parmi ces modèles, CART classique et les forêts aléatoires présentaient de meilleures performances. Ainsi, pour l’autorité régulatrice des courants de trafic aérien, ces modèles constituent un outil d’aide pour la régulation et la planification de la charge des secteurs de l’espace aérien contrôlé. / In this thesis we propose probabilistic and statistic models based on multidimensional data for forecasting uncertainty on aircraft trajectories. Assuming that during the flight, aircraft follows his 3D trajectory contained into his initial flight plan, we used all characteristics of flight environment as predictors to explain the crossing time of aircraft at given points on their planned trajectory. These characteristics are: weather and atmospheric conditions, flight current parameters, information contained into the flight plans and the air traffic complexity. Typically, in this study, the dependent variable is difference between actual time observed during flight and planned time to cross trajectory planned points: this variable is called temporal difference. We built four models using method based on partitioning recursive of the sample. The first called classical CART is based on Breiman CART method. Here, we use regression trees to build points typology of aircraft trajectories based on previous characteristics and to forecast crossing time of aircrafts on these points. The second model called amended CART is the previous model improved. This latter is built by replacing forecasting estimated by the mean of dependent variable inside the terminal nodes of classical CART by new forecasting given by multiple regression inside these nodes. This new model developed using Stepwise algorithm is parcimonious because for each terminal node it permits to explain the flight time by the most relevant predictors inside the node. The third model is built based on MARS (Multivariate adaptive regression splines) method. Besides continuity of the dependent variable estimator, this model allows to assess the direct and interaction effects of the explanatory variables on the crossing time on flight trajectory points. The fourth model uses boostrap sampling method. It’s random forests where for each bootstrap sample from the initial data, a tree regression model is built like in CART method. The general model forecasting is obtained by aggregating forecasting on the set of trees. Despite the overfitting observed on this model, it is robust and constitutes a solution against instability problem concerning regression trees obtained from CART method. The models we built have been assessed and validated using data test. Their using to compute the sector load forecasting in term to aircraft count entering the sector shown that, the forecast time horizon about 20 minutes with the interval time larger than 20 minutes, allowed to obtain forecasting with relative errors less than 10%. Among all these models, classical CART and random forests are more powerful. Hence, for regulator authority these models can be a very good help for managing the sector load of the airspace controlled.

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L'objet de cette thèse est de déterminer la structure de l'offre dans l'industrie du transport public routier de marchandises et d'éclairer le contexte de la concurrence dans les différents marchés de cette industrie, en appliquant des concepts développés par la théorie des marchés contestables. L'analyse économétrique des coûts suggère que les rendements d'échelle sont pratiquement constants pour une large région de la production et que les caractéristiques technologiques de la production du transport, telles que la longueur moyenne du trajet, et le mixage du transport utilisant des véhicules de technologies différentes influencent les coûts. Cependant, malgré le caractère globalement concurrentiel de l'offre, des marchés oligopolistiques tendent à se former à l'intérieur de cette industrie. Des barrières à l'entrée (et à la sortie) existent donc, qui résultent non seulement du caractère technique de l'offre, mais aussi de la stratégie des firmes face à la demande.

Cette thèse cherche à comprendre les enjeux, les démarches et les orientations des systèmes d'information communautaires des maillons stratégiques de la chaîne de transport (les ports et les aéroports) à travers une étude approfondie des interrelations entre ces systèmes et les acteurs de transport sous l'effet des évolutions économiques, technologiques et organisationnelles. Sous la pression des concurrences verticales, leurs bilans sont en général mitigés. Malgré cela ces systèmes restent nécessaires car ils ont apporté des contributions parfois importantes. Dans ces derniers temps on voit apparaître un nombre croissant de ces systèmes dans ces plates-formes. Dans les domaines économique et organisationnel, ces systèmes permettent à différents acteurs d'améliorer leur productivité et les services rendus à leurs clients. Dans le domaine juridique la mise en place de ces systèmes a permis la simplification et la révision de certains règlements, en particulier douaniers. Dans le domaine technique, le développement de ces systèmes a enrichi les savoir-faire sur l'informatique de gestion des plates-formes de fret et contribué à la définition de nouveaux messages dans le processus de normalisation. Par ailleurs, on voit que ces systèmes ne modifient pas le rapport de forces existant entre les acteurs. Enfin, on remarque que la rapide évolution de la technologie a pesé lourdement sur ces systèmes. Cependant, de l'autre côté, elle promet aussi de nouveaux services qui viendront enrichir les fonctionnalités existantes de ces systèmes. Parmi ces services, on peut constater ceux du marché virtuel et ceux qui sont liés au commerce électronique et à l'échange automatique multiforme, multimédia et multistandard.

L’objet de ce travail vise à déterminer si le transport aérien en Europe relève d’une compétence partagée entre l’Union européenne (UE) et les États membres, ou s’il s’agit plutôt d’une occupation du terrain par l’UE dans cette matière ? Ainsi, nous verrons en quoi consiste le cadre règlementaire communautaire portant sur le transport aérien en Europe. Dans un premier temps, nous porterons notre attention sur des aspects généraux entourant l’aviation en Europe, comme par exemple la mise en place d’un marché unique de l’aviation ainsi que les ententes « ciel ouvert ». Puis, dans un second temps nous procéderons à l’analyse du cadre règlementaire spécifique portant sur des aspects tels que l’environnement, les droits des passagers aériens, la sécurité et la sûreté. / The purpose of this study is to determine whether air transport in Europe is a shared competence between European Union (EU) and the Member States, or whether it is an a field under the jurisdiction of the EU in this specific area. We will review the EU regulatory framework on air transport in Europe. Initially, we will focus on issues concerning aviation in general in Europe, such as the establishment of a single market for aviation and "open skies" agreements. Then, we will analyze the specific regulatory framework such as the environment, protection of air passengers, the security and safety.

Dans le cadre du projet européen SESAR, la nécessité d'accroître la capacité du trafic aérien a motivé la planification de trajectoires avions 4D (espace + temps). Afin de mettre en place une planification pré-tactique (évitement de zones avec une mauvaise météo ou congestionnées pour un avion) et de mettre en place une planification tactique (générer des ensembles de trajectoires 4D sans conflit), nous introduisons un nouvel algorithme : l'algorithme de propagation de la lumière (APL). Cet algorithme est basé sur une méthode de propagation de front d'onde qui s'inspire de l'analogie avec la propagation de la lumière et qui est adapté au problème de planification de trajectoires. L'APL donne des résultats satisfaisant pour une journée de trafic réel sur la France tout en satisfaisant les contraintes spécifiques à la gestion du trafic aérien. L'APL a ensuite été adapté pour prendre en compte les incertitudes qui concernent la vitesse réelle des avions. Ainsi adapté aux incertitude, l'APL a été testé sur la même journée de trafic avec mise en place de points RTA (Real Time Arrival). Les points RTA permettent de réduire l'incertitude dans le cas où l'APL n'arrive pas à résoudre les conflits. Les résultats obtenus sont très encourageants.

Cette thèse se place dans le contexte de la croissance soutenue du trafic aérien. Elle concerne l'assistance automatisée au contrôle du trafic aérien qui vise à augmenter la capacité des secteurs de contrôle en transférant à l'équipage certaines tâches de nos jours dévolues au contrôleur aérien. Il s'agit plus particulièrement de renforcer la coopération entre l'équipage et le contrôleur aérien en vue de faciliter la tache de régulation des flux de trafic aérien. Le travail réalisé dans cette thèse est relatif à la mise en oeuvre de techniques de commande des systèmes non linéaires à plusieurs échelles de temps. Il a été réalisé à l'initiative du Centre d'Etudes de La Navigation Aérienne (CENA) au LAAS du CNRS à Toulouse en collaboration avec l'Ecole Nationale de l'Aviation Civile (ENAC). De manière concrète, il consiste principalement en la synthèse et l'évaluation de lois de guidage permettant la navigation relative entre aéronefs. Ces lois de guidage pourraient être embarquées à bord des aéronefs afin d'aider le contrôleur aérien dans sa tâche de régulation des flux de trafic. Au chapitre II, nous commençons par présenter le contexte actuel du contrôle du trafic aérien et les voies actuelles d'investigation dans le domaine de son automatisation. Cette présentation permet de distinguer deux types de guidage relatif : d'une part le guidage relatif en temps où l'aéronef suiveur vient se placer sur la position qu'occupait le leader quelques minutes plus tôt, et d'autre part le guidage relatif en distance où l'aéronef suiveur vient se placer à une distance donnée du leader. Un état de l'art sur les lois de guidage relatif entre aéronefs est ensuite réalisé au chapitre III. Comme il existe très peu de références bibliographiques dédiées aux lois de commande pour le guidage relatif entre aéronefs de transport commercial, l'état de l'art s'est focalisé sur les lois de commande appliquées au vol en formation d'engins volants, dont le guidage relatif peut être considéré comme un cas particulier (il englobe en plus la phase de rejointe de la formation). Un modèle de synthèse décrivant la dynamique de guidage d'un avion de transport commercial dont les fonctions de pilotage sont automatisées est ensuite proposé au chapitre IV. Ce modèle permet une synthèse hiérarchisée de lois de guidage relatif en s'appuyant sur les fonctions de pilotage classique de l'avion. Après avoir envisagé l'utilisation de lois linéaires de type proportionnelle et dérivée et précisé les objectifs de commande en terme de spécification des modes propres au chapitre V, deux techniques de commande non linéaire sont alors mises en oeuvre : le backstepping et le bouclage linéarisant basé sur la propriété de platitude. Au chapitre VI, deux lois de guidage basées sur la technique du backstepping sont développées. Elles permettent de réaliser un guidage relatif en temps. L'utilisation de cette technique permet de contourner un problème de singularité des lois conçues par des méthodes de type bouclage linéarisant lorsque les écarts sont exprimés dans le repère lié à l'avion suiveur. La loi de guidage basée sur la propriété de platitude du modèle de synthèse est développée au chapitre VII. Elle permet de réaliser un guidage relatif en distance. L'intérêt de cette approche est qu'elle permet de tenir compte de la contrainte d'espacement entre les aéronefs afin de renforcer la sécurité des manoeuvres de guidage relatif. Ces trois approches (loi proportionnelle et dérivée, backstepping et bouclage linéarisant basé sur la platitude) sont évaluées dans un dernier temps au chapitre VIII sur un jeu de scenarii réaliste d'un point de vue contrôle du trafic aérien. Le chapitre IX apporte la conclusion générale à cette thèse : il fait le bilan des résultats obtenus et indique de nouvelles pistes d'investigation dans ce domaine.

La stratégie de l'équipe biorobotique est de s'inspirer de découvertes faites en biologie chez l'insecte ailé dont la vision est adaptée à la navigation autonome dans un environnement 3D inconnu. Cette inspiration donne naissance la réalisation de capteurs visuels minimalistes permettant de rendre autonomes des robots volants, pour des tâches complexes telles que : le décollage et l'atterrissage automatiques, l'évitement d'obstacles et, dans le cas de cette thèse, le vol stationnaire.Cette thèse présente la mise en œuvre des capteurs visuels minimalistes bio-inspirés qui, grâce à des algorithmes de traitement que nous avons réalisés, sont capables de localiser la position d'objets visuels en tirant partie de propriétés souvent bannies en optique : un flou, obtenu par défocalisation, associé à un micro-mouvement rétinien actif. Nous montrons que la précision en localisation ainsi obtenue est considérablement améliorée par rapport à la résolution statique définie par l'échantillonnage spatial : ces capteurs optiques bio-inspirés sont donc dotés d'hyperacuité.Cette thèse présente aussi l'œil composé artificiel miniature CurvACE (de 2,2cm3 pour 1,75g) doté d'une vision panoramique (180x60°). Cette thèse décrit la caractérisation et la mise en œuvre du capteur CurvACE sur le robot HyperRob. En fusionnant les mesures de position données par une quarantaine de pixels couvrant un grand champ visuel, l'œil CurvACE mesure sa position par rapport à un environnement visuel texturé complexe. Nous montrons aussi que le robot volant HyperRob, attaché au bout d'un bras, stabilise son roulis et sa position, dans le plan azimutal, grâce à son œil composé artificiel doté d'hyperacuité. / The biorobotics team from the Institute of Movement Sciences (Marseille, France) takes its inspiration from biological studies on flying insects which are able to navigate into unknown 3D environments with a high maneuverability. These studies led us to build minimalist optical sensors to make aerial robots autonomous for achieving complex tasks such as automatic landing and take-off, obstacle avoidance and very accurate hovering flight depicted in this doctoral thesis. This work presents several bio-inspired visual sensors implemented with different visual processing algorithms. All these sensors are able to locate visual objects (contrasting edges and bars) with unusual properties for optical sensing devices: a blur obtained by defocusing optics related with active retinal micro-movements to improve the sensor resolution. We showed that the resolution in locating contrasting objects can be improved up to 160 fold better than the static resolution defined by the pixel pitch, which means that these bio-inspired optical sensors are endowed with hyperacuity.The thesis presents a miniature artificial compound eye CurvACE (of 1.75g for 2.2cm3) with a panoramic field of view (180x60°). This thesis describes thoroughly the characterization and the implementation of the CurvACE sensor onboard an aerial robot named HyperRob. This artificial compound eye acts as a position sensing device able to measure its position relative to a complex textured scene by fusing the position measurements obtained by 40 pixels. The tethered flying robot HyperRob (a 150-g bi-rotor with a 23-cm wingspan) stabilizes its roll and its position thanks to its hyperacute artificial compound eye.

A la suite de la Conférence de Chicago et de l'adoption de la Convention relative à l'aviation civile internationale en 1944, les relations interétatiques au sein de l'espace aérien se développèrent dans un cadre principalement bilatéral qui permit aux États de s'échanger des droits et des libertés de l'air. Les négociations durent trouver un délicat équilibre entre les différentes visions protectionniste et libérale. Grâce à ce cadre, les États tissèrent un véritable réseau d'accords qui encouragea l'augmentation du trafic. A la fin des années 1970, les États-Unis choisirent de déréglementer leur ciel, avant de vouloir exporter cette conception au reste du monde, notamment par la renégociation des accords existants. Ainsi naquit le mouvement de libéralisation de l'espace aérien, qui entraîna une réelle modification des échanges et de leur fondement, tout en permettant une évolution de ceux-ci, vers le régionalisme. Si l'Union européenne fait figure de précurseur en la matière, elle a été imitée dans différentes régions au sein desquelles les États tentent d'intégrer leur politique aérienne ou d'unifier les échanges, par la conclusion d'accords plurilatéraux. Si les relations entre les régions pourraient être amenées à se développer, le multilatéralisme est également à l'étude, et la question d'un accord global qui conduirait les États à s'échanger les mêmes droits et libertés se pose à l'heure actuelle. D'ailleurs, le multilatéralisme permet d'ores et déjà aux États de s'entendre sur les actions à mener dans certains domaines, comme dans celui de la protection de l'environnement. / Following to the Chicago Meeting and to the adoption of the Convention on International Civil Aviation in 1944, States relations within air space evolved in a bilateral framework, which allowed States to exchange rights and freedoms of the air. Negotiations had to be balanced between protectionist and liberal vision. With this framework, States wove a real network of agreements which encouraged the increase of the traffic. In the term of 70's, United States of America chose to deregulate their sky, before trying to export this concept to the rest of the world, in particular by the renegotiation of existing agreements. Thus was born the movement of liberalization of airspace, which led to a real modification of the exchanges and of their basis, while allowing their evolution towards regionalism. If the European Union is a pioneer in this field, it has been imitated in different regions in which the States are trying to integrate their air policy or unify the exchange, through the conclusion of multilateral agreements. If relations between regions could be brought to develop, multilateralism is also for the study, and the issue of a comprehensive agreement which would lead States to share the same rights and freedoms currently arises. Moreover, multilateralism already allows States to agree on action to be led in certain domains, like in that of the environmental protection.

Au printemps 1944, les bombardements aériens alliés sur la France atteignent leur intensité maximale depuis le début de la Seconde Guerre mondiale. Près de deux années après les grands tournants de l’année 1942, la situation militaire est à présent largement en faveur des Alliés. La défaite finale du Troisième Reich semble désormais inéluctable. La préparation d’Overlord, le retour en force à grande échelle sur le continent européen, se heurte à des difficultés stratégiques et techniques inédites. Un scientifique peu connu, Solly Zuckerman, brillant zoologiste mais aussi civil inconnu des cercles militaires, réussit à persuader le haut-commandement allié de l’intérêt de son plan aérien. Son Transportation Plan se propose de frapper décisivement le système ferroviaire français, de manière à bouleverser le flux de renforts ennemis vers la tête de pont alliée lors de l’exécution du débarquement. Audacieux par son innovation stratégique, risqué par la menace évidente pesant sur les civils français, le plan de Zuckerman se heurte immédiatement à la susceptibilité des grands chefs du bombardement stratégique, engagés dans une campagne aérienne presque « privée » sur l’Allemagne. La question des pertes civiles secoue brutalement les milieux politiques avec notamment Winston Churchill, et remonte in fine jusqu’à Franklin Roosevelt. Méconnu de l’historiographie, le Transportation Plan représente pourtant une histoire fascinante de la préparation du débarquement de Normandie. / In spring 1944, Allied bombing of France was to reach its maximum intensity since the beginning of World War II. Nearly two years after the great turning points in 1942, the military situation was now largely in favour of the Allies. The final defeat of the Third Reich now appeared inevitable. The preparation of OVERLORD, the renewed application of large-scale power on the European continent, faced strategic challenges and required novel techniques. A little-known scientist, Solly Zuckerman, a brilliant zoologist but also a civilian unknown in military circles, persuaded the Allied high command of the validity of his air plan. This “Transportation Plan” proposed to strike decisively at the French railway system in order to disrupt the flow of enemy reinforcements to the Allied beachhead during the landings. Daring by strategic innovation, risky by the obvious threat to French civilians, Zuckerman's plan ran immediately into the hostile scrutiny of the great chiefs of strategic bombing, who were engaged in their almost "private" air campaign against Germany. The issue of civilian casualties brutally shook politicians including Winston Churchill, and ultimately went back to Franklin Roosevelt. Unknown in historiography, the “Transportation Plan” represents a fascinating history of the preparation of the Normandy landings.