La complexité des nouveaux systèmes ne cesse de grandir, en terme d'intégration de multiples technologies, de nombre de composants, ainsi qu'en terme de performances attendues. De plus, leur phase de conception doit également garantir la tenue de délais stricts pour un coût maîtrisé. Beaucoup de ces systèmes doivent notamment fournir des performances élevées en terme de Sûreté de Fonctionnement (SdF). Les analyses de SdF à mener dans ces cas doivent concilier temps et qualité d'étude, être réalisées à des niveaux de description parfois peu élevés et être capables de traiter de multiples technologies. C'est pourquoi nous avons cherché durant cette thèse à décrire une méthode d'analyse de la SdF des systèmes complexes, intégrée aux méthodes d'Ingénierie Système (IS) utilisées, que nous avons nommé MéDISIS. Les travaux de cette thèse s'attachent donc à rendre plus efficaces les analyses de SdF au cours du processus d'IS, en créant des outils et méthodes intégrés aux outils actuels de conception et proposant un support efficace pour les études SdF. Les méthodes d'Ingénierie Système Basée sur les Modèles sont les plus efficaces pour la création de tels systèmes. Nous plaçons donc ces travaux dans un référentiel utilisant un modèle central, que nous supposons écrit en SysML. Nous avons alors approfondi 3 axes de recherches : Utiliser le langage SysML comme point d'ancrage du processus d'IS intégrant les analyses de SdF, Extraire des diagrammes SysML fonctionnels les informations nécessaires aux études de risques et Exploiter les représentations SysML pour les études formelles de SdF. Dans ce contexte, nous illustrons l'emploi de MéDISIS sur la problématique du projet CAPTHOM, dont l'objectif est de bâtir une solution innovante pour la détection de présence humaine. Cette recherche nous conduit à la réalisation d'un simulateur de réseau de capteurs capable d'évaluer la réponse à des scénarios de stimulation et d'optimiser le placement des capteurs.

Dans ce manuscrit, nous nous intéressons au problème de la navigation d'un robot mobile par commande référencée multi-capteurs. Notre objectif est d'effectuer des tâches de navigation guidées par la vision dans des environnements d'intérieur structurés peu connus, possiblement évolutifs et où l'homme peut être présent. Les missions considérées pourront inclure de longs déplacements et consisteront à positionner le robot vis-à-vis d'un amer ou d'une personne d'intérêt. Leur position dans la scène étant inconnue, ils seront repérés par la vision. Afin de pouvoir réaliser de telles missions, différents problèmes doivent être traités : le mouvement vers le but, l'évitement d'obstacles, le traitement des occultations, la réalisation de longs déplacements. Si les trois premiers points ont un caractère intrinsèquement local, le dernier nécessite des compétences globales. Les travaux que nous avons menés cherchent à répondre à ces différents problèmes. Tout d'abord, nous nous sommes focalisés sur les aspects "locaux". Nous avons ainsi exploité l'asservissement visuel 2D pour réaliser la tâche de navigation nominale et permettre au robot de converger vers un amer ou une personne d'intérêt. Cependant, bien que cette technique présente de bonnes propriétés de robustesse, elle ne permet pas à elle seule de traiter efficacement les problèmes de collisions et d'occultations. Une de nos premières contributions a donc consisté en le développement de stratégies de commande garantissant la non collision en présence d'obstacles non occultants. Sur la base de ces résultats, nous nous sommes intéressés à la gestion des occultations et avons développé des algorithmes permettant de reconstruire les indices visuels lorsque ceux-ci sont indisponibles. Nous les avons ensuite couplés à nos stratégies de commande afin que le robot puisse évoluer à partir des indices visuels réels ou reconstruits selon le cas. L'association de ces différents techniques et algorithmes a permis de réaliser effica cement des tâches de navigation référencées vision en présence d'obstacles occultants et non occultants. Cependant, elle nécessite que l'amer ou la personne d'intérêt soit visible dès le début de la mission, ce qui n'est pas le cas lorsque l'on souhaite réaliser de longs déplacements. Nos dernières contributions sont donc focalisées sur ce problème. Afin de conférer au robot les compétences globales nécessaires, nous avons couplé une carte topologique représentant l'environnement à un algorithme de supervision gérant la stratégie de commande. Le robot est ainsi devenu capable d'effectuer de longs déplacements dans des scènes peu connues. L'ensemble de ces travaux a été validé en simulation et expérimentalement sur les différents robots à disposition. Les résultats obtenus montrent la pertinence de l'approche proposée et ouvrent des perspectives prometteuses dans et hors du contexte de la navigation.

La détection de l'hydrogène est une priorité environnementale. De nombreux capteurs à hydrogène ont déjà été développés, mais aucun d'eux ne répond aux exigences de l'industrie. Les capteurs à fibres optiques, électriquement isolés, sont d'excellents candidats pour fonctionner dans des environnements explosifs. Notre objectif est de développer un capteur à fibres optiques intrinsèque par Résonance de Plasmon de Surface pour la détection d'hydrogène. Dans cette thèse, nous étudions deux designs de capteurs à hydrogène. Le premier, basé sur la modulation d'amplitude, se compose d'une couche mince de Pd déposé sur le cœur de la fibre multimode, après avoir enlevé la gaine optique. Dans le second, basé sur la modulation de longueur d'onde, nous remplaçons la couche de Pd par un empilement de couches (Au / SiO 2 / Pd). Dans cette thèse, nous démontrons que les capteurs plasmoniques peuvent être une solution pour développer des capteurs à hydrogène fiables et rapides. Enfin, nous étudions des alliages de Mg comme matériaux sensibles à l'hydrogène afin d'optimiser la plage de détection des capteurs à hydrogène.

Les travaux présentés dans ce manuscrit concernent le domaine de la localisation et la reconstruction 3D par vision artificielle. Dans ce contexte, la trajectoire d'une caméra et la structure3D de la scène filmée sont initialement estimées par des algorithmes linéaires puis optimisées par un algorithme non-linéaire, l'ajustement de faisceaux. Cette thèse présente tout d'abord une technique de recherche de l'amplitude de déplacement (recherche linéaire), ou line search pour les algorithmes de minimisation itérative. La technique proposée est non itérative et peut être rapidement implantée dans un ajustement de faisceaux traditionnel. Cette technique appelée recherche linéaire algébrique globale (G-ALS), ainsi que sa variante à deux dimensions (Two way-ALS), accélèrent la convergence de l'algorithme d'ajustement de faisceaux. L'approximation de l'erreur de reprojection par une distance algébrique rend possible le calcul analytique d'une amplitude de déplacement efficace (ou de deux pour la variante Two way-ALS), par la résolution d'un polynôme de degré 3 (G-ALS) ou 5 (Two way-ALS). Nos expérimentations sur des données simulées et réelles montrent que cette amplitude, optimale en distance algébrique, est performante en distance euclidienne, et permet de réduire le temps de convergence des minimisations. Une difficulté des algorithmes de localisation en temps réel par la vision (SLAM monoculaire) est que la trajectoire estimée est souvent affectée par des dérives : dérives d'orientation, de position et d'échelle. Puisque ces algorithmes sont incrémentaux, les erreurs et approximations sont cumulées tout au long de la trajectoire, et une dérive se forme sur la localisation globale. De plus, un système de localisation par vision peut toujours être ébloui ou utilisé dans des conditions qui ne permettent plus temporairement de calculer la localisation du système. Pour résoudre ces problèmes, nous proposons d'utiliser un capteur supplémentaire mesurant les déplacements de la caméra. Le type de capteur utilisé varie suivant l'application ciblée (un odomètre pour la localisation d'un véhicule, une centrale inertielle légère ou un système de navigation à guidage inertiel pour localiser une personne). Notre approche consiste à intégrer ces informations complémentaires directement dans l'ajustement de faisceaux, en ajoutant un terme de contrainte pondéré dans la fonction de coût. Nous évaluons trois méthodes permettant de sélectionner dynamiquement le coefficient de pondération et montrons que ces méthodes peuvent être employées dans un SLAM multi-capteur temps réel, avec différents types de contrainte, sur l'orientation ou sur la norme du déplacement de la caméra. La méthode est applicable pour tout autre terme de moindres carrés. Les expérimentations menées sur des séquences vidéo réelles montrent que cette technique d'ajustement de faisceaux contraint réduit les dérives observées avec les algorithmes de vision classiques. Ils améliorent ainsi la précision de la localisation globale du système.

Ce travail de thèse concerne la synthèse de commandes référencées capteur pour les robots non holonomes, dans le cadre de l'approche par fonctions transverses, ainsi que l'étude de la robustesse de ces lois de commande. La commande de robots non holonomes a été très étudiée ces quinze dernières années. Cependant, lorsque l'on souhaite stabiliser la pose complète du robot, la synthèse de lois de commande robustes vis-à-vis d'erreurs d'estimation de l'état du robot (qui dans la pratique découlent typiquement d'erreurs sur les modèles des capteurs) reste un problème ouvert. La problématique principale de cette thèse se situe à ce niveau. Les résultats développés dans cette thèse portent essentiellement sur deux aspects. Le premier concerne la façon d'utiliser les signaux capteurs pour la synthèse de lois de commande. Plusieurs méthodes de synthèse de commande sont proposées dans ce travail, en particulier, par analogie avec la commande des robots manipulateurs, nous proposons une synthèse directe dans l'espace des signaux capteurs. La deuxième partie de ce travail, plus fondamentale, porte sur l'analyse et l'évaluation des propriétés de robustesse des schémas de commande vis-à-vis d'incertitudes sur les modèles de capteurs. Des résultats théoriques de stabilité sont établis, puis validés et complétés par des simulations ainsi que par des résultats expérimentaux.

Th.--Sci., autom.--Toulouse 3, 1977. N°: 747.

Bien que son utilisation requière plus de paramètres que les méthodes traditionnelles la méthode des éléments finis est de plus en plus utilisée pour la conception, des ouvrages géotechniques. Son utilisation nécessite notamment la définition du champ initial des contraintes qui reste très difficile à estimer et mesurer.Ce travail de thèse est une contribution à une meilleure connaissance de l'état initial des contraintes dans une pente. La thèse comporte des études numériques et expérimentales.Les études numériques évaluent, dans un premier temps, la variation des résultats des calculs par la méthode des éléments finis induite par l'incertitude sur l'état initial des contraintes. Dans un deuxième temps, la distribution des contraintes suite à la modélisation d'une pente au moyen du logiciel CESAR-LCPC est étudiée. L'influence des paramètres géologiques, géométriques et mécaniques sur le champ initial des contraintes est étudiée.L'objectif de l'étude expérimentale est de mesurer, avec des capteurs de pression totale fonçables, les contraintes horizontales dans une pente. La campagne expérimentale opte pour un suivi de la relaxation des contraintes horizontales jusqu'à la stabilisation des mesures. Des essais en laboratoire, réalisés au CEREMA à Aix en Provence, incluent des essais œdométriques à mesure de K0 qui donnent des valeurs du coefficient de pression des terres au repos mesuré en laboratoire. Les difficultés liées à la mesure du coefficient de pression des terres au repos et les paramètres qui peuvent l'influencer (nature des terrains, variations de teneur en eau, etc.) sont discutés / Though the finite element method requires more input data than traditional methods, it is increasingly used for the design of geotechnical structures. Its use needs to define initial stresses, which are difficult to estimate or to measure.This thesis is a contribution to a better understanding of the initial stresses in a slope. It consists of both numerical and experimental studies.The numerical studies focus on two issues. At first, they assess the effects of initial stresses on the results of calculations using finite element methods. Secondly, the distribution of stresses in a slope is analysed, using CESAR-LCPC finite elements software. The influence of geological, geometric and mechanical parameters on the state of stresses is studied.The objective of the experimental studies is to measure the lateral stresses in a slope using push-in total stress cells. The stresses are measured continuously in order to estimate the stresses in the ground after the dissipation of the effects of installation procedure. Laboratory tests made at CEREMA in Aix-en-Provence include “K0 oedometer tests” which provide measures of the coefficient of earth pressure at rest. The difficulties associated with the measurement of the coefficient of earth pressure at rest and the parameters that can influence it (type of soil, geometry of soil mass, water content ...) are discussed

Les semi-conducteurs moléculaires ont permis la réalisation de dispositifs électroniques, tels que transistors à effet de champ, diodes et autres hétérojonctions. Les matériaux ambipolaires, capables de transporter tant les charges positives que négatives, conduisent à des dispositifs aux propriétés particulières. L’objet de cette thèse est de synthétiser de nouveaux matériaux moléculaires ambipolaires et de développer des dispositifs électroniques originaux, en particulier pour des applications dans le domaine des capteurs de gaz. Nous nous intéressons aux molécules compatibles avec des mises en forme par des techniques dites de solution processing, en particulier des métallo-phtalocyanines. / The molecular semiconductors have enabled the production of electronic devices such as field effect transistors, diodes and other heterojunctions. The ambipolar materials, capable of carrying both positive charges and negative, result in devices with special properties. The purpose of this thesis is to synthesize new ambipolar materials develop original electronic devices, especially for applications in the field of gas sensors. We are interested in molecules capable to lead to thin films with low temperature techniques known as solution processing, particularly metallo-phthalocyanines.

Le travail de cette thèse vise la réalisation d’un nouveau capteur d’images pour mobile en technologie CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Ce capteur a été développé en vue de répondre à une forte demande du marché. Les prochaines générations de produits, nécessitent des capteurs d’image avec des performances agressives. Par exemple, le niveau de qualité d’image peut être fortement amélioré avec des architectures faible bruit, ou l’utilisation de nouvelles technologies, pour augmenter le niveau du signal ou diminuer la consommation. L’augmentation de la qualité d’image entraîne un agrandissement de la taille des matrices de pixels, et de la résolution des données. La vitesse de conversion devient donc critique. Le sujet de cette thèse porte sur l’amélioration de ce dernier point. Une étude comparative a été réalisée pour étudier différentes architectures. Le convertisseur à rampe est le mieux adapté pour les petits pixels. Toutefois, son principal inconvénient est son temps de conversion qui nécessite 2N cycles d’horloge. Afin d’obtenir un frame rate plus élevé, une méthode tirant profit du bruit photonique a été proposée. Ce circuit de lecture est fondé sur un convertisseur à rampe par morceaux, et un algorithme qui permet la linéarisation des données. Afin de réduire le bruit, cette nouvelle architecture doit prendre en compte le double échantillonnage corrélé digital. Durant la période de conception, des modes de test ont été mis en place pour permettre la caractérisation du circuit. L’innovation se trouve dans le développement d’une rampe par morceaux qui réduit le temps de lecture d’une ligne de 1us. Cependant, ce développement a besoin d’une calibration adaptée. Un prototype de capteur d’image CMOS de 13Mpixel a été fabriqué en 65 nm, 5 niveaux de métaux, et 1 seul niveau de poly en technologie CMOS standard. Les mesures ont montré que l’INL et DNL du convertisseur étaient aussi performantes qu’avec une rampe linéaire classique. Une attention particulière a été apportée sur la mesure du bruit. Malheureusement, le bruit s’est montré plus élevé qu’avec un capteur « classique ». Cependant, la consommation reste identique en ayant une vitesse de conversion plus rapide. Les solutions proposées sont simples à intégrer structurellement, et faciles à mettre en œuvre. Elles ont l’avantage de ne pas impacter la surface du pixel et préservent donc les performances de ce dernier. Les résultats issus des mesures sur silicium sont très encourageants, car on obtient un gain de presque 20% sur le temps de lecture. / The aim of this thesis is the implementation of new image sensors for mobile in CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) technology to meet strong market demand. Next generations of products require image sensors with high performances.These improvements would change the image quality with low noise architecture in one hand, and the use of new technologies to increase the signal level, or reduce the power consumption in the other hand. The gain in image quality leads to increase the size of the pixel’s array, and the resolution of the data -the conversion speed becoming critical-. The subject of this thesis focuses on improving this latter point. A comparative study has been made between several architectures to find the best solution that would fit our needs.The ramp converter is the most suitable for small pixels, but his main drawback is the conversion time that requires 2N clock cycles. To obtain a higher frame rate, a method taking advantage of the photon noise has been presented. This readout circuit is based on a piecewise linear ramp converter and an algorithm that allows the linearization of the data. Furthermore, for noise reduction, the new architecture must take into account the digital correlated double sampling. During the period of design, test modes have also been designed and implemented to allow characterization of the circuit.The innovative part is the use of a piecewise linear ramp, which in simulation, reduces the readout time of 1us per row. However, this element needs calibration. A CMOS image sensor prototype of 13Mpixel has been made in 65 nm, 5 levels of metals, and 1 level of poly standard CMOS technology. Measurements showed that the INL and DNL of the converter were as good as with a conventional linear ramp. A careful consideration has been given to the measurement of noise, which unfortunately is higher than a "conventional" sensor. However, the consumption remains the same while having a faster conversion speed. The solutions are simple to integrate structurally and easy to implement. They have the advantage of not affecting the surface of the pixel, thus preserve the performance of the latter. The results found from the silicon-on measures are very encouraging, we gain almost 20% of the conversion time.

Le sujet concerne l’étude de capteurs d’alimentation utilisés dans les disjoncteurs de Schneider Electric qui doivent fonctionner de plus en plus à fréquences variables. On s’intéresse notamment aux « pertes fer », en s’appuyant sur leur caractérisation et leur modélisation. L’étude s’appuie sur l’amélioration du modèle LS dans le but de son intégration dans le dimensionnement du capteur. Le modèle est intégré en post traitement sur Flux®, une application en temps réel a donc été développée afin d’intégrer les pertes dans la simulation du capteur et de son environnement. Une analyse expérimentale du comportement du circuit magnétique du capteur a aussi été entreprise d’une part en intégrant de nouveaux matériaux et d’autre part en tenant compte des procédés de fabrications et des conditions de fonctionnement du capteur. Aussi une étude calorimétrique a été menée afin de mesurer les pertes fer du capteur expérimentalement et de mettre en place des mesures références à comparer avec les résultats de simulations. Enfin, deux missions principales ont été entreprises et restent à finaliser : une nouvelle méthode du modèle LS statique et un dispositif expérimental, un calorimètre, a été conçu et testé mais des améliorations restent à réaliser. / The topic of this study involves power sensors used in Schneider Electrics circuit breakers that should operate increasingly at variable frequencies. We are particularly focusing on "iron losses” through their characterization and modelling. The study is based on the improvement of the LS model in order to use it in the dimensioning of the sensor. The model is integrated in Flux® as post-processing; therefore an application has been developed that includes Ls model iron losses at each time step in the simulation of the sensor and its environment. An experimental analysis of the behaviour of the sensors magnetic circuit was also conducted by integrating new materials on the one hand and by considering the manufacturing processes and operating conditions of the sensor on the other hand. Furthermore, a calorimetric study was conducted to measure the iron losses of the sensor experimentally and to state reference measurements to compare with the results of simulations. Finally, two main missions have been engaged and remain to be finalized: a new method of the static LS model and an experimental bench, a calorimeter, has been designed and tested, but still to be improved.