Les travaux de cette thèse portent sur la stabilisation des systèmes affines commutés. Ces systèmes appartiennent à la classe des systèmes dynamiques hybrides. Ils possèdent de plus la particularité d'avoir des points de fonctionnement non auto-maintenables : il n'existe pas de loi de commutations permettant de maintenir l'état du système en ce point. De ce fait, la stabilisation de ces systèmes en imposant à la loi de commutations une durée minimale entre chaque commutation aboutit à une convergence des trajectoires dans une région de l'espace d'état. Après avoir synthétisé différentes stratégies de commutations échantillonnées construites à partir d'une fonction de commande de Lyapunov en temps continu, nous cherchons à déterminer la région de l'espace dans laquelle converge asymptotiquement l'ensemble des trajectoires du système. Par la résolution d'un problème d'optimisation, une estimation de la taille de cette région est donnée et un lien avec les incertitudes du système y est établi. Un second problème de stabilisation est étudié dans cette thèse, en considérant une stratégie de commande basée observateur par retour de sortie. Cependant, du fait de la nature hybride du système, son observabilité est directement liée à la séquence de commutations. Il est alors nécessaire de garantir à la fois l'observabilité, par une condition algébrique, et la convergence du système vers un point de fonctionnement, par l'existence d'une fonction de commande de Lyapunov.

Pour les systèmes de commande sous la forme de dx/dt = f (x, u), dans la littérature, les chercheurs s'intéressaient à la stabilisation de ce système de différentes manières : asymptotique, uniformément asymptotique, partielle, en temps fini, etc. Pour aboutir à ces résultats, les méthodes utilisées font appel aux techniques suivantes : Lyapunov, Lasalle, Barbalat, surface glissante, etc. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à une autre fonctionnalité de la commande, dite commande répulsive stabilisante. Les résultats ont été généralisés au cas d'un système avec dérive et sans dérive. Comme résultat, l'approche de commande qu'on propose assure la stabilité du système autour d'une position désirée et la répulsion de celui-ci par rapport à un ensemble indésirable, construit dans l'espace de navigation. Toute forme d'application sera concernée par nos résultats théoriques, on peut citer, la navigation terrestre et aérienne dans un environnement peu ou pas connu. De même, la commande qu'on propose préserve la communication inter-agent, une fois planifiées. En terme d'application, on a considéré le modèle d'un véhicule à roues type unicycle, sans tenir compte de l'orientation (cas non holonôme) et dans le cas où l'environnement contient un ou plusieurs obstacle(s). Contrairement aux résultats de la littérature, qui sont basés sur une commande à structure variable pour l'évitement d'un obstacle, la commande répulsive-stabilisante trouvée est une commande continue sur l'espace de navigation. La deuxième partie de cette thèse traite le problème de stabilité d'une formation d'agents (système multi-véhicules) qui évolue dans un environnement hostile tout en préservant la communication entre les agents. Pour réussir la formation, la décentralisation de la commande par rapport aux agents est rendue robuste à travers des graphes de communication. Ces graphes relèvent de la stratégie et objectifs de la formation. Nos résultats de stabilité ont fait l'objet d'une implémentation rigoureuse sur un simulateur réalisé sous Matlab.

À l'heure actuelle, le deux-roues motorisé (DRM) constitue un moyen de transport de plus en plus convoité, notamment pour les possibilités qu'il offre d'esquiver les engorgements de trafic. Ce constat est justifié par le nombre de DRM circulant quotidiennement et impliquant un trafic de plus en plus croissant. Néanmoins, ce phénomène conduit à l'explosion du nombre d'accidents et par conséquent un grand nombre de victimes classant ainsi, les DRM dans la catégorie des modes de transport particulièrement dangereux et ses utilisateurs dans celle des usagers très vulnérables. A première vue, le développement des aides à la conduite actives pourrait résoudre le problème de contrôlabilité du véhicule mais cette solution n'est plus envisageable dès lors qu'il s'agit de pertes de contrôle irréversibles qui constituent, par ailleurs un pourcentage très important des accidents de DRM en tant que véhicule seul. En effet, ce type de système intervient, alors que le véhicule se trouve déjà dans une situation dégradée. De plus, l'adaptabilité des aides actives sur les véhicules à deux roues motorisés reste problématique. Actuellement, l'accent est mis sur le développement des systèmes de sécurité prévenant le conducteur de DRM suffisamment en amont d'un danger pour éviter la situation conflictuelle, c'est le cas des aides préventives. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce cadre et y contribue au niveau de la modélisation, l'identification, l'estimation d'état, l'analyse de la dynamique limite et la mise en place d'une plate-forme expérimentale. Ainsi, plusieurs points ont été traités: * Modélisation du système Véhicule-Infrastructure-Conducteur (V-I-C). * Développement d'observateurs pour l'estimation des variables d'états et des entrées inconnues. * Mise en place d'un modèle vitesse limite, servant de référence pour l'unité d'avertissement, qui tient compte de plusieurs critères (dynamique du véhicule, comportement du conducteur, géométrie de la route). * Identification d'un modèle mathématique propre au véhicule prototype (Scooter). * Mise en place d'une plate-forme expérimentale qui s'articule autour de l'instrumentation d'un scooter par un ensemble de capteurs et centrale d'enregistrement.

Notre motivation est de comprendre la locomotion humaine pour un meilleur contrôle des systèmes virtuels (robots et mannequins). La locomotion humaine a été étudiée depuis longtemps dans des domaines différents. Nous considérons la locomotion comme le déplacement d'un repère attaché au corps humain (direction et orientation) au lieu de la trajectoire articulaire du corps complet. Notre approche est basée sur le fondement calculatoire de la locomotion humaine. Le but est de trouver un modèle qui explique la forme de la locomotion humaine dans l'espace. Pour ce faire, nous étudions tout d'abord le comportement des trajectoires au sol pendant la locomotion intentionnelle. Quand un humain marche, il met un pied devant l'autre et par conséquence, l'orientation du corps suit la direction tangente de la trajectoire. C'est ce qu'on appelle l'hypothèse de comportement nonholonome. Cependant, dans le cas d'un pas de côté, l'orientation du corps n'est plus semblable à la direction de trajectoire, et l'hypothèse n'est plus valable. Le comportement de la locomotion devient holonome. Le but de la thèse est de distinguer ces deux comportements et de les exploiter en neuroscience, robotique et animation graphique. La première partie de la thèse présente une étude qui permet de déterminer des configurations de comportement holonome par un protocole expérimental et par une fonction qui segmente les comportements nonholonomes et holonomes d'une trajectoire. Dans la deuxième partie, nous établissons un modèle unifiant comportements nonholonomes et holonomes. Ce modèle combine trois vitesses générant la locomotion humaine : tangentielle, angulaire et latérale. Par une approche de commande optimale inverse nous proposons une fonction multi-objectifs qui optimise des trajectoires calculées pour les rendre proches des trajectoires humaines naturelles. La dernière partie est l'application qui utilise les deux comportements pour synthétiser des locomotions humaines dans un environnement d'an imation graphique. Chaque locomotion est caractérisée par trois vitesses et est donc considérée comme un point dans l'espace de commande 3D (de trois vitesses). Nous avons collecté une librairie qui contient des locomotions de vitesses différentes - des points dans l'espace 3D. Ces points sont structurés en un nuage de tétraèdres. Quand une vitesse désirée est donnée, elle est projetée dans l'espace 3D et on trouve le tétraèdre qui la contient. La nouvelle animation est interpolée par quatre locomotions correspondant aux quatre sommets du tétraèdre. On expose plusieurs scénarios d'animations sur un personnage virtuel.

Dans cette thèse, nous proposons d'aborder l'ordonnancement des transports par une approche interdisciplinaire. L'idée est d'intégrer les facteurs humains dans le système d'aide à la décision réalisé, de façon à ce que l'homme puisse agir sur la modélisation et la résolution du problème. Le système proposé doit offrir de la flexibilité, afin d'être capable de s'adapter aux nouvelles situations et aux changements, même si ceux-ci n'ont pas été prévus initialement par le concepteur du système. Pour atteindre l'objectif fixé, nous nous sommes notamment appuyé sur une analyse du domaine de travail (" Work Domain Analysis ") basée sur une hiérarchie d'abstraction des entités (physiques ou plus abstraites) manipulées dans ce type de problèmes. Nous avons proposé une architecture pour le système d'aide à la décision basée sur cette analyse du domaine et la programmation par contraintes. Nous avons également conçu, et intégré dans le système, des algorithmes dédiés et des méthodes de résolution basés sur le principe d'inversion de modèle. Enfin, nous avons proposé une architecture d'interfaces avec l'objectif d'assister efficacement l'opérateur humain dans la réalisation des différentes sous-tâches nécessaires à la résolution globale du problème. L'étude du sujet interdisciplinaire a été précédée d'une analyse focalisée sur la résolution de problèmes théoriques d'ordonnancement à machines parallèles avec contraintes de précédence et temps de préparation des machines entre opérations, utilisant des méthodes de recherche arborescente basée sur les divergences.

Ce travail s'intéresse à la caractérisation hors ligne d'ensembles de solutions en ordonnancement destinés à offrir une certaine flexibilité. Il s'inscrit dans le champ de l'ordonnancement robuste pour lequel on désire construire un ensemble d'ordonnancements relativement insensible, du point de vue de ses performances, aux événements imprévus survenant lors de la mise en Suvre en environnement perturbé. L'approche robuste proposée est de type proactif-réactif. Elle s'appuie sur les notions de structures d'intervalles et de conditions de dominance (ou de conditions suffisantes) vis-à-vis de l'admissibilité ou de l'optimalité de solutions en ordonnancement. Ce travail s'est particulièrement focalisé sur la phase proactive où il s'agit d'anticiper la mise en Suvre de l'ordonnancement, en construisant au plus tôt une organisation relativement insensible aux perturbations, tout en disposant d'indicateurs relatifs à la performance temporelle. Dans ce cadre, nous montrons en particulier l'intérêt de certains ordres partiels, établis sur la base de corps d'hypothèses restreints, permettant d'une part la détermination d'une performance au mieux et au pire de l'ensemble de solutions caractérisé, et d'autre part, le calcul d'indicateurs de flexibilité. Dans un premier temps, le problème d'ordonnancement à une machine est étudié. Pour ce problème, un ordre partiel dominant basé sur une analyse de structure d'intervalles est décrit. Cet ordre partiel caractérise un ensemble dominant de solutions de cardinalité calculable, dont la performance au mieux et au pire, en terme de retard algébrique, peut être déterminée en temps de calcul polynomial. Deux approches d'ordonnancement robuste sont ensuite proposées permettant soit de caractériser toutes les séquences optimales contenues dans l'ensemble dominant initial, soit de trouver un compromis flexibilité / performance acceptable. Dans un deuxième temps, les problèmes d'ordonnancement sur plusieurs machines sont considérés. Un ordre partiel suffisant est d'abord proposé pour le problème flow shop de permutation à deux machines. Deux algorithmes, utilisant les résultats obtenus pour le problème à une machine, sont ensuite présentés dans le cadre de problèmes de type job shop.

Les applications de la robotique mobile autonome en environnements extérieurs sont nombreuses : surveillance de site à la recherche d'anomalies, campagne d'acquisition de données, exploration, recherche de victimes sur des lieux de catastrophes, etc, et l'intérêt de la robotique pour ces applications est d'autant plus grand que les environnements peuvent être dangereux ou risqués pour l'homme. La localisation des robots est une fonction clé dans ces contextes car elle est indispensable à de nombreuses autres fonctions, particulièrement la construction de modèles d'environnement, l'exécution des trajectoires, ou la supervision des missions. Ces travaux présentent la construction d'une solution de localisation pour des robots autonomes, conçue pour être à la fois un outil générique de recherche et un outil opérationnel pour localiser nos robots lors de leurs missions de navigation autonome, capable de gérer de fortes dynamiques de mouvement. En partant d'une solution de localisation et cartographie simultanées (SLAM) basée sur l'utilisation d'une simple caméra, différentes solutions sont successivement construites en ajoutant progressivement des capteurs afin de pallier les difficultés rencontrées lors des évaluations, et ce jusqu'à obtenir un système robuste et précis combinant plusieurs caméras, une centrale inertielle et l'odométrie, et ayant en outre la possibilité d'intégrer des estimations de positions absolues quand elles peuvent être produites (par un récepteur GPS ou un algorithme exploitant une carte initiale). Une analyse profonde des capacités et limitations des différents systèmes est systématiquement effectuée, en considérant notamment l'intérêt d'estimer en ligne les calibrages extrinsèques et biais des capteurs. Un accent particulier est mis sur l'exécution temps réel des algorithmes à bord du robot et sur leur robustesse : cela implique la résolution de nombreux problèmes, portant notamment sur les aspects temporels de la gestion des données. Une large évaluation sur différents jeux de données réalistes permet d'évaluer et de valider les différents développements proposés tout au long du manuscrit.

Les robots industriels représentent un moyen de production sophistiqués pour l'industrie manufacturière d'aujourd'hui. Ces manipulateurs sont plus agiles, plus flexibles et moins coûteux que les machines-outils spécialisées. L'exploitation de ces avantages fait l'objet d'une demande croissante de l'industrie. La dynamique de ces manipulateurs est soumise à des nombreuses sources d'imprécision. En effet les défauts de la chaîne de transmission, ou encore les éléments de liaisons peuvent être le siège de déformations et de vibrations dégradant sensiblement leur précision. Ces phénomènes physiques sont d'autant plus difficiles à compenser que seul un sous ensemble des états du système est mesuré par les codeurs moteurs. La structure de commande industrielle actuelle d'un robot n'agit donc pas directement sur ces phénomènes. Il est nécessaire alors de progresser sur le front de l'amélioration de la précision par l'adaptation de la commande à ces nouvelles exigences. Un état de l'art met en évidence un manque de travaux qui traitent de l'élaboration d'anticipations adaptées aux axes d'un robot et intégrant les phénomènes de déformation. En outre, la planification de trajectoire n'est classiquement pas remise en cause et peu évoquée. Elle représente pourtant un moyen d'action éprouvé afin d'améliorer les performances dynamiques en suivi de profil. L'approche proposée dans ce mémoire se veut une alternative à ces méthodes. Elle est basée sur une exploitation d'un modèle dynamique représentatif et détaillé. Il intègre les principaux phénomènes physiques mis en évidence tels que les effets de la gravité, les systèmes mécaniques de compensation, les forces de frottement et la flexibilité articulaire. Cette modélisation associée à des méthodes d'identification expérimentale est exploitée afin de déduire une structure de commande. Elle permet la réduction des déformations élastiques et des vibrations par une action sur la précommande et sur la loi de mouvement adaptée. Ainsi, nous introduisons une méthode d'estimation non asymptotique appliquée en robotique, afin d'estimer rapidement les paramètres vibratoires de ce dernier et contribue à une réactualisation des modèles exploités. Des résultats expérimentaux montrent que cette méthodologie mène à une amélioration des performances de positionnement par rapport à la commande industrielle.

L'objet de cette thèse est de démonter la faisabilité de conception d'un mini-drone longue endurance sans recourir à des véhicules de grande envergure qui nécessite des infrastructures supplémentaires, des systèmes de lancement complexes et un personnel d'exploitation important. Pour ce faire, une approche d'optimisation globale du problème a été utilisée, en s'appuyant sur les spécificités de chacun des aspects de la conception de mini-drones. Ce concept de mini-drone longue endurance doit repousser les limites dans plusieurs disciplines telles que l'aérodynamique, la propulsion, les structures, les sources d'énergies et le stockage, le contrôle et la navigation, ainsi que la miniaturisation de l'électronique embarquée. Un programme de conception baptisé Cdsgn a été développé et prend en compte les problèmes spécifiques de chaque discipline consacrées aux mini-drones. Il permet de voir l'influence de chaque paramètre de conception sur la performance finale de la conception, menant à la sélection optimale des paramètres. Cdsgn génère et analyse rapidement de nombreuses configurations de l'avion tout en simulant la performance de chaque configuration pour un pro fil de mission donnée. Un outil de post-traitement a également été développé afin de filtrer et sélectionner de manière interactive les paramètres de conception parmi les nombreuses configurations pour répondre à des applications pratiques. Le programme proposé a été utilisé dans le développement et la conception de plusieurs projets, tels que Solar Storm, premier mini-drone hybride au monde à énergie solaire d'une envergure de cinquante centimètre, SPOC, un mini-drone longue distance conçu pour voler au-dessus de la mer Méditerranée de Nice jusqu'en Corse (Calvii) et enfin Eternity, mini-drone de longue endurance d'une envergure d'un mètre, avec une configuration classique. Capable d'une autonomie de quatre heures avec les batteries embarquées, son temps de vol peut être amélioré jusqu'à huit heures avec l'utilisation de l'énergie solaire. En utilisant les évaluations de chaque projet, Cdsgn a été amélioré à la fois pour l'exactitude des calculs et pour la performance opérationnelle afin de développer le plus petit véhicule aérien pour une mission d'endurance donnée.

L'intégration de diverses technologies, notamment celles de l'informatique et l'électronique, fait que les systèmes conçus de nos jours sont de plus en plus complexes. Ils ont des comportements plus élaborés et plus difficiles à prévoir, ont un nombre de constituants en interaction plus important et/ou réalisent des fonctions de plus haut niveau. Parallèlement à cette complexification des systèmes, la compétitivité du marché mondial impose aux développeurs de systèmes des contraintes de coût et de délais de plus en plus strictes. La même course s'opère concernant la qualité des systèmes, notamment lorsque ceux-ci mettent en jeu un risque en vies humaines ou un risque financier important. Ainsi, les développeurs sont contraints d'adopter une approche de conception rigoureuse pour répondre aux exigences du système souhaité et satisfaire les diverses contraintes (coût, délais, qualité, sûreté de fonctionnement,...). Plusieurs démarches méthodologiques visant à guider la conception de système sont définies par l'intermédiaire de normes d'Ingénierie Système. Notre travail s'appuie sur la norme EIA-632, qui est largement employée, en particulier dans les domaines aéronautique et militaire. Il consiste à améliorer les processus d'ingénierie système décrits par l'EIA-632, afin d'intégrer une prise en compte globale et explicite de la sûreté de fonctionnement. En effet, jusqu'à présent la sûreté de fonctionnement était obtenue par la réutilisation de modèles génériques après avoir étudié et développé chaque fonction indépendamment. Il n'y avait donc pas de prise en compte spécifique des risques liés à l'intégration de plusieurs technologies. Pour cette raison, nous proposons de nous intéresser aux exigences de Sûreté de Fonctionnement au niveau global et le plus tôt possible dans la phase de développement, pour ensuite les décliner aux niveaux inférieurs, ceci en s'appuyant sur les processus de la norme EIA-632 que nous étoffons. Nous proposons également une méthode original e de déclinaison d'exigences de sûreté de fonctionnement à base d'arbres de défaillances et d'AMDEC, ainsi qu'un modèle d'information basé sur SysML pour appuyer notre approche. Un exemple issu du monde aéronautique permet d'illustrer nos propositions.