L'utilisation de micronageurs hélicoidaux capables de se mouvoir dans des liquides à faible nombre de Reynolds trouve son intérêt dans beaucoup d'applications: de tâches in-vitro dans des laboratoires sur puce (transport et tri de micro-objets; assemblage de micro-composants...), à des applications in-vivo en médecine mini-invasive (livraison interne et ciblée de médicaments, curiethérapie, thermothérapie...); grace à leur dimensions microscopiques et agilité permettant l'accès à des endroits normalement très restreints. Plusieurs types de nageurs hélicoidaux actionnés magnétiquement possédant divers paramètres géométriques, formes de tête et positions de la partie magnétique ont été proposés dans de précédents travaux. Cependant, l'influence de tous ces paramètres n'a pas clairement été étudiée. À notre connaissance, les micronageurs hélicoidaux dans l'état de l'art sont principalement contrôlés en boucle ouverte, en raison de la complexité de la commande du champ magnétique actionnant la propulsion, et du nombre limité de retours ayant des critères satisfaisants. Cette thèse vise à: comparer les performances de déplacement de nageurs hélicoidaux avec des conceptions différentes afin d'améliorer leur design et de les caractériser, et réaliser un asservissement visual de nageur hélicoidal. Pour se faire, des nageurs hélicoidaux de tailles millimétriques ont été conçus et sont mis en conditions à faible nombre de Reynolds. La conception de ces "millinageurs" servira de base à la conception de micronageurs. Une commande boucle fermée par retour visuel de l'orientation d'un micronageur hélicoidal dans un espace 3D, et un suivi de trajectoires sur plan horizontal ont été effectués. Cette méthode de commande sera par la suite appliquée à des micronageurs hélicoidaux.

Le sujet de cette thèse aborde le problème de la représentation de l'espace dans la boucle sensorimotrice chez le primate et sur des systèmes robotiques. Chez l'être vivant, l'intégration multisensorielle passe par la problématique des référentiels pour lesquels il existe des modèles théoriques basés sur des données électrophysiologiques. Cependant ces derniers n'expliquent pas tous les résultats issus des travaux en neurosciences. Dans une première partie de l'étude, nous avons enregistré et mis en évidence, chez le singe vigile, l'influence de la direction de la tête par rapport au corps et de son interaction avec celle de l'oeil par rapport à la tête au sein de l'aire visuelle primaire (V1) sous forme de modulation de l'activité neuronale. L'effet de la position de la tête n'avait été, jusqu'à présent, montré que dans le cortex pariétal, aire hautement intégrative. Nos résultats mettent clairement en évidence l'existence d'une intégration distribu ée et d'une construction d'une représentation stable et unifiée en amont du cortex pariétal. Ces intégrations semblent exister également après le cortex pariétal postérieur. Des résultats électrophysiologiques, longtemps ignorés mais confirmés récemment ont montré l'influence de la position des yeux au sein du cortex prémoteur dorsal. Une deuxième étude basée sur le formalisme de l'asservissement visuel en robotique, nous a permis de proposer une interprétation de ces résultats. La mise en oeuvre d'un réseau de neurones artificiels entraîné à partir de ce formalisme montre la similitude de l'influence des effets de la position des yeux observés au niveau cortical et confirme notre interprétation. Sur l'ensemble de tous ces travaux, nous proposons une discussion sous l'angle des deux formalismes neuro-robotique où nous présentons un bilan fonctionnel de la perception à l'action. Finalement, nous proposons l'existence d'une origine multisensorielle qui avantagerait l'intégration multisensorielle en ne urosciences comme en robotique.

Dans le cadre de la robotique mobile en environnement extérieur, les concepts de localisation et de perception sont au coeur de toute réalisation. Aussi, les travaux menés au sein de cette thèse visent à rendre plus robustes des processus de localisation existants sans pour autant augmenter de manière notable leur complexité. La problématique proposée place un robot au sein d'un environnement potentiellement dangereux avec pour objectif de suivre une trajectoire établie comme sécurisée avec une carte aussi simple que possible. De plus, des contraintes fortes sont imposées tant dans la réalisation (système peu onéreux, indétectable) que dans le résultat (une exécution temps-réel et une localisation en permanence dans une tolérance de 10 cm autour de la trajectoire de référence). Le capteur extéroceptif choisi pour mener à bien ce projet est une caméra tandis que l'estimation de la pose du véhicule à chaque instant est réalisée par un ltre de Kalman dans sa version étendue. Les principaux problèmes d'estimation résident dans la non-linéarité des modèles d'observation et les contributions apportées apportent quelques solutions : - une méthode de calcul exacte de la propagation des incertitudes de l'espace monde vers l'espace capteur (caméra) ; - une méthode de détection des principaux cas de divergence du filtre de Kalman dans le calcul de la phase de mise à jour ; - une méthode de correction du gain de Kalman. Ce projet avait deux objectifs : réaliser une fonction de localisation répondant aux contraintes fortes préalablement évoquées, et permettre à un véhicule de quitter temporairement la trajectoire de référence, suite à la prise en main de l'opérateur pour ensuite reprendre le cours normale de sa mission au plus près de la trajectoire de référence. Ce deuxième volet fait intervenir un cadre plus large dans lequel il faut, en plus de la localisation, cartographier son environnement. Cette problématique, identifiée par l'acronyme SLAM (Simultaneous Localization And Mapping), fait le lien avec les deux dernières contributions de ces travaux de thèse : - une méthode d'initialisation des points qui constitueront la carte SLAM; - une méthode pour maintenir la cohérence entre la carte de référence et la carte SLAM. Des résultats sur des données réelles, étayant chacune des contributions, sont présentés et illustrent la réalisation des deux principaux objectifs.

La première partie de la thèse est consacrée au problème de l'inversion d'opérateurs dynamiques de convolution formulé en termes de symboles diffusifs. Après avoir introduit un cadre algébrique adapté, on établit plusieurs résultats garantissant la résolubilité concrète du problème de l'inversion opératorielle, en fait mal posé au sens de Hadamard, mais régularisable. La continuité de l'opération d'inversion est en particulier obtenue pour un mode de convergence convenablement affaibli. Diverses méthodes d'inversion numérique sont ensuite proposées et testées sur quelques exemples. Dans la seconde partie, divers problèmes dynamiques sont abordés de façon originale au moyen des outils développés dans la première partie. Plus particulièrement, plusieurs techniques d'identification de modèles de Volterra basées sur la paramétrisation de l'opérateur dynamique via son symbole diffusif, sont proposées et étudiées sur la base d'exemples numériques non triviaux.

Cette thèse fait partie d'un travail collaboratif avec des partenaires industriels et universitaires. Ses 2 principaux résultats sont : - La modélisation en 3D d'une vendangeuse qui est un exemple typique de véhicule tout-terrain reconfigurable. Le contexte de l'environnement 'tout-terrain' a focalisé cette étude sur un modèle d'interaction pneumatique/sol qui prenne en compte les inégalités et les déformations du terrain. En particulier, on tient compte du fait que chaque contact roue/sol n'est pas ponctuel et qu'a fortiori, les 4 zones de contacts ne sont pas coplanaires. Un calcul ensembliste des zones de contact est fait en utilisant une version de l'algorithme SIVIA adaptée à MATLAB. Le résultat pour chaque zone de contact est un sous pavage ou une boite englobante selon la précision et la rapidité de calcul souhaitée. On dispose ainsi d'un ensemble de polygones de sustentation pour faire un diagnostic de non renversement du véhicule. - La définition de 2 indicateurs du risque de renversement sont ensuite proposés. L'un d'eux se base sur le concept de "Zero Moment Point (ZMP)" en calculant une distance de la position du ZMP par rapport aux 4 côtés de l'ensemble des polygones de sustentation. L'autre critère de tendance au renversement calcule la vitesse de rotation du véhicule par rapport à un ensemble d'axes de renversement. La prédiction du risque de renversement est proposée sous la forme de la prédiction de la position du ZMP ou du critère "Time to Rollover". Chacune de ces méthodes ont été évaluées avec des données expérimentales réelles et simulées. La suite de ce travail est une mise en commun de ces résultats avec d'autres méthodes proposées par nos partenaires.

Les travaux présentés dans ce mémoire concernent la génération automatique de postures et mouvements humains sur poste de travail industriel. L'objectif poursuivi est d'animer de façon réaliste un mannequin numérique a n de simuler un opérateur dans l'exécution de sa tâche. Cette animation doit permettre d'aider à l'analyse des facteurs biomécaniques pouvant engendrer des Troubles Musculo-Squelettiques. Dans un premier temps, des choix de modélisation sont proposés en fonction de ce contexte spécifique. Le modèle retenu se base sur une représentation squelettique du haut du corps composé de corps rigides et de liaisons idéales et intègre des données anthropométriques. Ensuite, un schéma général de lois de commande à base de modèle cinématique est développé. Il est décliné en plusieurs stratégies qui sont testées sur des mouvements caractéristiques et sur poste de travail. Ces tests et la comparaison aux mesures effectuées sur sujet humain permettent d'évaluer les performances du schéma de commande et les choix réalisés. Ces travaux ont donné naissance à un outil logiciel, baptisé OLARGE-TMS, de simulation de mouvement humain sur poste de travail.

L'objectif des ces travaux est le Développement d'un outil de supervision/diagnostic d'une station de production d'eau potable dans son ensemble. Avant de s'intéresser à la station dans son ensemble, il est apparu que l'unité de coagulation-floculation était une étape clé dans la production de l'eau potable. La première partie de la thèse a donc consisté à développer un capteur logiciel permettant de prédire en ligne la dose de coagulant, sur la base des caractéristiques mesurées de l'eau brute, à l'aide de réseaux de neurones. La deuxième partie de la thèse qui présente un aspect plus novateur réside dans l'utilisation de cette information dans une structure de diagnostic de l'ensemble de la station de traitement. A partir des mesures en ligne classiquement effectuées, un outil de supervision et de diagnostic de la station de production d'eau potable dans son ensemble a été développé. Il est basé sur l'application d'une technique de classification et sur l'interprétation des informations obtenues sur tout l'ensemble du procédé de production avec comme finalité l'identification des défaillances et une aide à la maintenance prédictive/préventive des différentes unités de la station. Une technique basée sur l'entropie floue et la définition d'un indice de validation a été développée pour permettre de valider ou non une transition entre états fonctionnels (c'est-à-dire entre classes) permettant ainsi d'éliminer les classes mal conditionnées ou encore les fausses alarmes. Ces travaux de recherche ont été réalisés en collaboration avec la station de production d'eau potable SMAPA de la ville de Tuxtla Gutiérrez, de Chiapas, au Mexique.

Le travail réalisé dans cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'étude de la commande optimale des systèmes non linéaires à temps discret par des méthodes de type programmation dynamique. Une formulation particulière de l'équation fonctionnelle considérée ici nous a amené à examiner le problème de commandabilité que nous avons encore qualifié de problème d'inversion entrée-états. L'étude comporte deux phases. La première phase consiste à analyser la propriété de commandabilité des systèmes. Plusieurs approches sont considérées: composition de fonction, géométrie différentielle et algèbre différentielle. On propose ensuite une condition nécessaire de commandabilité basée sur l'utilisation du principe du minimum. Finalement, une application directe de cette condition nécessaire de commandabilité est développée pour les systèmes bilinéaires. Une fois la propriété de commandabilité du système vérifiée, la seconde phase consiste à résoudre le problème d'inversion. On propose tout d'abord une technique algébrique conduisant à la détermination d'une séquence de commandes à partir de la matrice de commandabilité. On propose ensuite une approche basée sur une formulation du problème d'inversion en terme d'un problème de commande optimale. On considère également les techniques de linéarisations exactes qu'on aborde selon deux voies. On présente dans la première voie une approche de l'algèbre différentielle. Dans la deuxième voie, on propose une approche de géométrique différentielle dans laquelle on définit une séquence de distributions basée sur l'utilisation de champs vecteurs associés au système, ainsi qu'une sortie virtuelle linéaire. La transformation et le bouclage linéarisant sont calculés à partir de ces distributions. Finalement, ces résultats sur l'accessibilité et la linéarisation exacte sont présentés sur des applications pratiques dans le cadre de la commande optimale par programmation dynamique.

Dans ce travail, nous avons développé une approche systématique traitant un problème particulier dans le domaine de la commande non linéaire. Il concerne le fait d'assurer une transition stable entre deux points opérationnels d'un système non linéaire. Cette approche emploie la stratégie de séquencement de gain et la notion d'incertitude bornée en norme pour approximer un système non linéaire à travers une famille de systèmes linéaires incertains à incertitude bornée en norme. Autour d'un ensemble de points d'équilibre, des lois de commande locale sont déterminées en garantissant quelques spécifications de performances locales. Le séquencement est déterminé de sorte que la stabilité est garantie. Par interpolation polynômiale continue, une loi de commande continue est établie à partir des points d'équilibre trouvés hors ligne et des correcteurs associés. Une stratégie de commande séquencée par retour d'état ainsi qu'une stratégie par retour de sortie dynamique ont été envisagées. Dans le premier cas, la commutation est faite lorsque l'état se trouve dans le bassin d'attraction du point d'équilibre ultérieur visé. Dans le deuxième, nous avons déterminé une loi de commande par retour de sortie dynamique o'u la politique de commutation est basée sur les états éstimés. Quelques exemples ont été donnés pour montrer l'efficacité de la méthode proposée.

Les observateurs sont des capteurs logiciels ayant pour but la reconstruction d'état pour la supervision, la commande ou le diagnostic des systèmes. Dans ce travail, on s'intéresse à la résolution du compromis entre la rapidité de la convergence et l'insensibilité aux bruits de mesure duquel souffre l'observateur à grand gain. Dans un premier temps, on propose la synthèse d'un observateur à grand gain dynamique pour certaines classes de systèmes non linéaires multi-sorties uniformément observables. La caractéristique principale de ce type d'observateurs réside dans le fait que le gain de l'observateur est pris variable au cours de temps et obéit à une dynamique de type Ricatti. La convergence exponentielle de l'observateur à grand gain dynamique est détaillée. Ensuite, on adopte une stratégie floue pour la résolution du dit compromis et on valide cette approche sur un réacteur chimique. Dans la dernière partie de ce travail, on traite la synthèse d'une commande avec retour d'état pour une classe des systèmes non linéaires afin de résoudre un problème de poursuite de trajectoire. Les performances des observateurs proposés sont illustrées en simulation à travers des exemples académiques et des exemples réels d'application relatifs à un réacteur chimique.