En fournissant à l'utilisateur des informations pertinentes au bon moment au bon endroit, la réalité augmentée pourrait améliorer la productivité et l'efficacité des agents de maintenance industrielle. Cependant, les systèmes de suivi des scénarios implémentés nécessitent souvent leur intervention manuelle induisant ainsi insidieusement un manque de concentration, une fatigue visuelle, psychologique et physique et laissant également l'utilisateur seul juge de la bonne exécution des tâches de maintenance.C'est dans ce contexte que la société Wassa, spécialisée dans le web et les solutions mobiles et l'équipe IRA2 du laboratoire IBISC, spécialisée dans la réalité augmentée, la réalité virtuelle et la robotique, ont initié ce sujet de thèse. Il s'agit de concevoir un système de réalité augmentée permettant :- de fournir à l'utilisateur les instructions de maintenance de manière automatique et en temps réel.- de contrôler la bonne réalisation de la tâche et d'identifier les erreurs commises par l'opérateur à travers des dispositifs mobiles. Une notification doit être affichée afin de signaler à l'utilisateur qu'une tâche a été mal exécutée ou qu'une pièce mécanique n'a pas été correctement placée. Le système doit pouvoir enregistré chacune de ces erreurs.- de fonctionner sur n'importe quel appareil mobile en tenant compte des limitations liées à l'utilisation ces appareils, notamment concernant leur capacité de calcul et de stockage. / By providing to the user relevant data at the right time in the right place, augmented reality might increase productivity and performance of industrial maintenance workers.However, implemented scenario tracking systems often need manual intervention. This may induce insidiously less of concentration, eyestrain, psychological and physical fatigue. Moreover, the operators are the sole judge of the maintenance task execution.It is in this context that Wassa company, specialized in web and mobile solutions, and IRA2 team of IBISC Laboratory, specialized in augmented reality, virtual reality and robotics, have initiated this PhD thesis. The goal is to design an augmented reality system which will :- provide automatically and in real time maintenance instructions to the user .- control, through the mobile devices, the maintenance task achievement and identifythe mistakes done by the operator. A notification will be displayed to report to the userthat the task is incorrectly performed or that a mechanical piece is inaccurately placed.The system should store these errors.- run on any mobile devices by taking into account their computation and storage limitations.

Les leçons tirées des tremblements de terre passés ont permis d’introduire un nouveau concept dans l’étude des structures: le dimensionnement basé sur la performance (DBP). Depuis des décennies, ce concept est utilisé dans l'aéronautique et la construction automobile. Son but principal consiste à fixer à l'avance la performance de la structure souhaitée. Autrement dit, on prédit son niveau d'endommagement éventuel après l'avoir soumis à un état de contrainte. Une phase expérimentale permet de vérifier si la performance souhaitée a été atteinte, et si c'est le cas, on lance une chaîne de production. Cependant, malgré le succès du concept, son application en génie civil était limitée. En effet, chaque ouvrage de génie civil est unique, tout comme le sol sur lequel il est construit. D'autre part, les moyens techniques et économiques ne permettaient guère de soumettre un ouvrage à un tremblement de terre afin de s'assurer que les prévisions de performance ont été atteintes. Par conséquent, l'application du dimensionnement basé sur la performance dans la construction des ponts et des bâtiments était très difficile. Les progrès effectués dans l`évaluation de l'aléa sismique, les installations expérimentales et les applications informatiques ont récemment favorisé l'introduction du DBP dans les codes de construction. L'utilisation du concept de DBP est devenue courante dans la réhabilitation et la conception parasismique des structures. Les codes de calcul parasismique des structures (par exemple le CSA S6-06) le recommandent dans la conception des nouvelles structures et l'adaptent en cherchant des améliorations par rapport aux anciennes structures construites suivant les anciens codes. Le DBP consiste à dimensionner les structures de pont à partir du niveau de performance souhaité et de l'aléa sismique de la zone de construction. On associe à chaque niveau de performance un état limite, qui est lui-même lié à un endommagement physique d'un des éléments structuraux. D'où l'importance de définir les états limites par les codes et les normes réglementaires. La finalité étant que la capacité demeure supérieure à la demande. De ce fait, il est indispensable de connaître la performance sismique des piliers construits selon les recommandations des anciennes normes. Dans cette optique, un pilier de pont à échelle réelle fut construit et testé dans le laboratoire du Centre de recherche en génie parasismique et en dynamique des structures (CRGP) de l'Université de Sherbrooke. Le spécimen a été construit conformément au détail de ferraillage de l'armature transversale. Celui-ci a présenté une série d'endommagement dont le déroulement s'est réalisé comme suit: la fissuration du béton, la plastification de l'armature longitudinale, l'écrasement du béton d'enrobage, le flambement de plusieurs barres longitudinales et la rupture d'une barre en compression. Les résultats de ces recherches ont révélé que le pilier possédait une grande capacité à dissiper de l'énergie, un excellent taux d'amortissement et une ductilité en déplacement de 7,28 alors que les codes préconisent au moins 3,0.

En raison des propriétés physiques, électriques, mécaniques et chimiques exceptionnelles, les nanotubes de carbone(CNTs) sont considérés comme l'un des nanomatériaux les plus importants aujourd'hui. CNTs peuvent être classées comme des nanotubes de carbone à paroi simple (SWCNTs) ou des nanotubes de carbone à parois multiples (MWCNTs). La structure d'un SWCNT peut être vue comme une couche d’un atome de graphite de cylindres laminés. Les propriétés des SWCNTs sont fondamentales pour la recherche et pour de nombreuses applications en médecine, en électronique, en environnement, pollution... Le but de cette thèse est d'étudier les propriétés mécaniques et électromécaniques des matériaux SWCNTs avec différentes morphologies. Nous avons étudié les propriétés élastiques des SWCNTs individuels en utilisant la méthode des éléments finis (FE). Nous avons montré que les modules élastiques de SWCNTs dépendent du diamètre, chiralité et la longueur. Les modules élastiques augmentent significativement selon les plus petites valeurs du rayon. Lorsque le rayon devient plus grand, tous les modules élastiques convergent vers une valeur constante asymptotique. En outre, les modules de zigzag et SWCNT chirales sont plus sensibles à la variation du rayon par rapport à SWCNT fauteuil. Nous avons testé le module élastique de SWCNT film mince par nanoindentation. Nous avons trouvé que le module d'Young E et la dureté H de SWCNT film mince sont séparément E= 192.831± 13.922 GPa, H=12.57719 ± 0.759 GPa. Nous avons élaboré un modèle par éléments finis qui représente le comportement des SWCNT film mince dans le processus de nanoindentation. Dans cette étude nous avons élaboré un modèle élasto-plastique pour décrire le comportement mécanique du matériau au cours de l'indentation. Ensuite, nous avons évalué les propriétés élasto-plastiques de SWCNT film mince par l’interaction de la simulation par éléments finis avec les données statistiques du test expérimental. Le modèle bilinéaire proposé approxime bien la performance de SWCNT film mince dans la nanoindentation. Finalement, nous avons étudié les propriétés électrostrictives du composite (P (VDF-TrFE) / SWCNT) à base de SWCNTs par la méthode des éléments finis. Les résultats numériques trouvés montrent que l'électrostriction du composite SWCNT / P (VDP-TrFE) est considérablement dépendant de la fraction volumique de SWCNT et du rapport des constantes diélectriques (SWCNT et P (VDP-TrFE)). Dans ce travail, nous avons constaté que les propriétés des CNTs obtenues théoriquement ou expérimentalement impliquent des inévitables incertitudes. Donc la prise en compte des incertitudes des propriétés des CNTs devient nécessaire. Pour l’analyse de ces incertitudes, nous avons appliqué la méthode de l'optimisation basée sur la fiabilité (RBO). Cette méthode est un outil efficace pour assurer la fiabilité des résultats expérimentaux et numériques dans le processus d'estimation du comportement élasto-plastique pour SWCNT film mince. / Carbon nanotubes (CNTs) as one of the most important nanomaterials today have been demonstrated a combination of exceptional physical, electrical, mechanical, and chemical properties, which have resulted in their great potential of industrial application in many fields. CNTs can be categorized as single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). The structure of a SWCNT can be viewed as one-atom-thick layer of graphite rolled cylinder. Well understand the property of SWCNTs is fundamental in the exploration of research and applications of CNTs based products.The present research is focus on evaluating the mechanical and electromechanical properties of SWCNTs materials with different material morphology. Under the hierarchical (or bottom-up) ideal, the elastic properties of the individual SWCNTs were studied by using Finite element (FE) method. Effects of the diameter, chirality and length on the elastic moduli of SWCNTs are discussed based on numerical calculations. Furthermore, the ultra-thin SWCNTs film (~200nm) is prepared by spin coating method. The elastic modulus of SWCNT thin film is estimated by nanoidentation test. Its elasto-plastic properties were then determined by FE simulation combined with the statistics constraints of the experimental results. The results showed that the mechanical performance of SWCNTs thin film during indentation can be approximately represented by a bilinear model. The mechanical parameters of SWCNTs thin film obtained by experiment and numerical calculation are : the Young’s modulus E=192.83± 13.922 Gpa, the tangent modulus Et ≈ 42GPa, and the yield stress Oy ≈ 8.4GPa, respectively. The electrostrictive properties of SWCl\lT- based composite (P(VDF-TrFE)/SWCNT) were also investigated by FE method. Numerical results show that the electrostriction of the SWCNT/P(VDP-TrFE) composite is greatly dependent on the volume fraction of SWCNT and the difference of dielectric constant between SWCNT and P (VDP-TrFE) copolymer. In this work, we found that the properties of CNTs obtained either by theory or by experiments involve inevitable uncertainty, and some are relatively large. Therefore, uncertainty analysis for the predicted properties of CNTs becomes necessary with the increasing product performance demands. The application of Reliability-Based Optimization (RBO) method in the process of elasto-plastic behavior estimation for SWCNT thin film indicates that RBO method should be an effective tool to ensure the reliability of experimental and numerical results.

Les systèmes hybrides, systèmes combinant à la fois une dynamique continue et discrète, s'avèrent être un modèle mathématique utile pour différents phénomènes physiques, technologiques, biologiques ou économiques. Beaucoup d'efforts ont été consacrés à l'élaboration de méthodes automatiques d'analyse pour de tels systèmes, basées sur la vérification formelle. Néanmoins, l'applicabilité de ces méthodes est encore limitée aux systèmes de petite taille en raison de la complexité de l'analyse exhaustive. Le test est une autre approche de validation, qui peut être employée pour des systèmes beaucoup plus grands. En dépit de ses limitations comparées à la vérification algorithmique et déductive, le test reste l'outil standard dans l'industrie.<br />Nous proposons dans cette thèse une méthodologie formelle pour le test de conformité des systèmes hybrides, qui est définie selon la norme internationale pour le test formel de conformité (FMCT). Ensuite, nous abordons le problème de la définition de mesures de couverture de test. Pour cela, deux mesures de couverture sont proposées, qui sont non seulement utiles comme critère pour évaluer la qualité de test mais peuvent être aussi employées pour guider la génération de test vers une meilleur couverture. Des algorithmes de génération de test guidés par les mesures de couverture sont proposés. Ces algorithmes sont basés sur une combinaison des algorithmes de planification de trajectoires dans la robotique, de la théorie d'équidistribution, de la géométrie algorithmique et de la simulation numérique. L'outil HTG (Hybrid test generation) pour la génération de cas de test pour les systèmes hybrides implémente ces algorithmes, et a été appliqué avec succès pour traiter plusieurs études de cas provenant de différentes domaines (circuits analogiques et mixtes, systèmes de commande, etc.).

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Dans ce mémoire d'Habilitation à Diriger les Recherches, seront présentées les recherches menées ces cinq dernières années sur des sujets liés à la commande sous contraintes, à la commande basée sur l'optimisation temps-réel et aux méthodes géométriques en Automatique. La première partie du mémoire d'écrit le parcours académique permettant de recadrer les résultats de recherche dans un parcours scientifique avec toutes ses dimensions la formation, l'enseignement, la recherche, le développement et la participation à la vie de la communauté. Dans la deuxième partie, nous retraçons le chemin de la commande optimale à la commande basée sur l'optimisation. Avec ce panorama historique nous montrerons que les recherches dans ce domaine ont toujours été partagées entre les travaux théoriques et les applications à visée industrielle. Ce panorama sera suivi d'une revue de méthodes géométriques utilisées en automatique, qui identifie une direction dans laquelle s'inscrit notre recherche. Nous insisterons sur les contributions dans le domaine avant d'établir un projet de recherche à court, moyen et long terme. La troisième partie contient une synthèse des travaux de recherche publiés récemment sur les sujets mentionnés précédemment afin d'offrir une image des directions explorées et des concepts clés qui ont guidé nos recherches dans les cinq dernières années. L'analyse des polyèdres paramétrés est présentée comme un problème de géométrie avec des implications multiples dans la commande prédictive sous contraintes dans le cas linéaire et hybride. Spécifiquement pour la commande prédictive des systèmes hybrides, des approches alternatives basées sur l'adaptation du modèle de prédiction en vue de l'exploitation des routines d'optimisation évoluées (algorithmes génétiques, etc.) ont été développées. Les outils géométriques sont utilisés aussi dans des problèmes plus éloignés de la commande prédictive comme le cas de la modélisation des systèmes affectés par un retard variable. Ici, les techni-ques géométriques permettent la description des modèles linéaires polytopiques qui peuvent être utilisés par la suite dans une procédure de synthèse de lois de commande robuste (et prédictive accessoirement). Finalement, dans un tout autre domaine, celui de la commande des systèmes multi-capteurs, on montre que les méthodes ensemblistes peuvent apporter des réponses pour les défis de détection et isolation des défauts. Quant à la commande prédictive, elle offre le cadre approprié pour la reconfiguration, l'autre aspect majeur de ce qu'on appelle communément " la conception d'un système de commande tolérant aux défauts ".

Un schéma compact de haute précision basé sur le résidu (RBC) a été développé au laboratoire SINUMEF pour la simulation numérique d'écoulements compressibles en maillages structurés. Certaines proriétés intéressantes font de ce schéma un bon choix pour les calculs d'écoulements compressibles. L'objectif de cette thèse est donc de développer un schéma basé sur le résidu (RB) en maillages non-structurés avec une précision d'ordre élevé. A cette fin, deux approches ont été explorées. La première est basé sur la méthode des volumes finies en non-structuré et conduit à un schéma basé sur le résidu appelé FV-RB. Le seconde approche s'appuie sur une nouvelle formulation spatiale dite volumes spectraux (SV) et mène au schéma SV-RB. Le schéma FV-RB a été développé à l'ordre 2 et 3. Avec cette version du schéma, de nombreux cas tests sont calculés: écoulement d'un fluide parfait et visqueux, subsonique, transonique et hypersonique, stationnaire et instationnaire, en 2D et en 3D. Une analyse de la précision et du coût de calcul est effectuée pour le schéma FV-RB. Dans la seconde approche, un schéma SV-RB est développé à l'ordre 2 et 3 pour résoudre le problème d'advection pure et les équations d'Euler. A travers quelques cas tests, une comparaison de la précision et l'efficacité est effectuée entre le schéma RB et un solveur de Riemman classique, et entre deux formulations du schéma RB développés ici.