La technologie d’aujourd’hui donne la possibilité à chacun de se localiser grâce à son smartphone. Cependant les milieux intra-muros restent encore relativement dépourvus en service de géolocalisation. Pour des raisons d’ubiquité, les centrales inertielles et magnétiques de technologie MEMS présentes dans les smartphones offrent une solution pour la navigation pédestre. Dans ce contexte la stratégie « Pedestrian Dead-Reckoning » s’avère intéressante car elle limite la dérive temporelle de l’estimation de la distance parcourue. Cependant, l’estimation de la direction de marche s’avère critique dans la stratégie PDR, les mouvements de la main présentant un certain désordre/désalignement qui rend difficile une telle estimation. Dans un premier temps, l’estimation de l’orientation de la centrale inertielle est affinée afin de projeter avec un minimum d’erreur les mesures inertielles dans le plan horizontal. Un filtre d’estimation de l’orientation paramétré en quaternions et basé sur une exploitation opportune des champs magnétiques et de gravité a été développé. Dans un second temps, il s’agit d’estimer la direction de marche. Les méthodes de l’état de l’art proposent une estimation de la direction de marche à partir de la maximisation de l’énergie du signal. Cette approche est sensible aux mouvements de la main. Nous proposons une nouvelle approche basée sur les théories des probabilités et de l’information qui s’inspire de la description biomécanique de la marche. Des validations expérimentales sont conduites pour analyser les performances d’estimation de la direction de marche qui est directement reliée à la qualité de l’estimation du positionnement. / Thanks to new technological developments, it is now possible to get our localization with our own smartphone. However, indoor environments are still relatively lacking in localization based service. MEMS sensors, composed of inertial and magnetic sensors, offer a ubiquitous solution. These sensors can be merged with other technologies to give a reliable solution for the Pedestrian Navigation. In this context the “Pedestrian Dead Reckoning” strategy is attractive. Indeed, this strategy enables to estimate the walking distance with a limited drift. But the walking direction estimation remains critical in the PDR strategy. Hand movements are relatively erratic and cause a dynamic angular misalignment, which is difficult to estimate. Firstly, a new orientation estimation algorithm of the handheld unit is developed to reduce the errors in the horizontal inertial measurements. The filter is parametrized with quaternions and based on opportune invariant phases of the magnetic and gravity fields. Secondly, a novel walking direction estimator is proposed. State of the art methods to estimate the walking direction are based on the signal energy maximization and are sensitive to erratic hand movements. The new approach is based on the theories of probability and information that is built on the biomechanical description of walking. Experimental validations are conducted to analyze the performance of the new direction estimation filter whose quality directly depends on the quality of the position estimates

Les travaux entrepris dans cette thèse s'inscrivent dans le cadre du projet BodyScoring. Ce dernier propose une solution innovante basée sur l'utilisation d'une technologie embarquée (BodyTrack) et des applications web (BodyLink) pour évaluer les habiletés motrices et pour développer la motivation pour l’accomplissement d’une pratique physique régulière. Dans le cadre de ce projet, notre apport a consisté à évaluer et à noter la qualité de la marche des personnes âgées par le biais de capteurs inertiels qui incluent accéléromètre, gyromètre et magnétomètre. Notre apport original a consisté à caractériser le pattern de marche au travers de différentes configurations de capteurs placés sur le corps et de proposer un score global validé et facilement interprétable. Le score permettra de se positionner par rapport à une population de référence jeune et asymptomatique et in fine autoévaluer l’évolution de sa marche. Afin d’atteindre cet objectif plusieurs étapes sont nécessaires. Ainsi, le premier chapitre de ce mémoire décrit en se référant à la littérature les paramètres déterminants de la marche, les facteurs pouvant les influencer et les moyens utilisés pour les quantifier. Le second chapitre porte principalement sur la définition de la meilleure configuration de capteurs pour la détection des événements clés de la marche qui sont la survenue du contact initial et final et la quantification des paramètres temporels. Il en ressort que le gyromètre fixé au bord distal du tibia est la configuration la plus précise aussi bien pour la détection des événements de la marche que pour la quantification des paramètres temporels chez des sujets sains. Le troisième chapitre expose un nouveau protocole expérimental afin de définir les paramètres pertinents pour caractériser la marche et définir l'incidence de la pratique de la marche nordique sur les paramètres biomécaniques. Autrement dit, définir les paramètres biomécaniques qui rendent compte de l'altération du pattern de marche au cours de la sénescence ou encore apprécier l'effet d'une activité physique régulière. Cette étude a révélé 72 paramètres au pouvoir discriminant et rejoint les études qui rapportent un effet bénéfique de lamarche nordique. Pour finir, le quatrième chapitre décrit l'élaboration de nouveaux scores d'évaluation de la marche basé sur les paramètres mis en évidence au chapitre 3 complémentés par ceux qualifiant la symétrie des membres inférieurs et supérieurs. Ces derniers décrivent la qualité de la marche dans son ensemble (score global) et la qualité de chaque aspect (score partiel). Quantifiés pour trois groupes de sujets (âgés sédentaire, âgés sportif et jeune) ces scores ont permis de mettre en évidence l'altération du pattern de marche au cours de la sénescence et l'effet de la pratique d'une activité physique sur les paramètres associés à la marche. / The purpose of this thesis is to asses and scores the gait quality of elderly persons through inertial sensors. The originality of this contribution is to characterize the pattern of walking through different sensor configurations and propose an overall score, valid and easily interpretable. This latter, allows subjects to self-assess to position themselves compared to a young and asymptomatic reference population and ultimately track their evolution.The first chapter, following a review of the literature, identifies the determinant gait parameters, its influent factors and the means used to quantify them.The second chapter, focuses on the definition of the best configuration of sensors to detect gait events and quantify temporal parameters.The third chapter, lists the biomechanical parameters that reflect the changing pattern of walking during senescence or consecutive to a regular physical activity.In the fourth chapter, a new method to compute the score based on the parameters identified in Chapter 3 was developed.

Le développement constant des microsystèmes a rendu possible l'apparition d'un nouveau type de capteur de vitesse de rotation : les micro-gyromètres vibrants à effet Coriolis. Ces capteurs ont des dimensions et des coûts de fabrication sans communes mesures comparées aux gyromètres classiques (i.e. gyromètre à toupie, gyromètre laser, gyromètre à fibre optique...), mais en contrepartie ils ont des performances nettement en retrait. Ils sont destinés à des applications nouvelles telles que le pilotage de micro-drones, la stabilisation d'image dans les appareils photographiques, le contrôle dynamique de trajectoire dans l'automobile, etc.<br />L'objet de ce travail porte sur l'étude spécifique du matériau piézoélectrique utilisé dans les micro-gyromètres vibrants à effet Coriolis. Aujourd'hui le quartz, faiblement piézoélectrique, est le matériau utilisé, du fait de ses très bonnes propriétés thermomécaniques et de la grande maîtrise des technologies de sa mise en oeuvre (due à son utilisation massive dans l'industrie horlogère). C'est dans le contexte de l'émergence de nouveaux matériaux de synthèse plus fortement piézoélectriques que s'inscrit mon travail de thèse qui consiste en l'étude de l'apport des nouveaux matériaux piézoélectriques dans le domaine des micro-gyromètres vibrants.<br />Pour répondre à cette problématique nous avons suivi la démarche suivante. Dans un premier temps, il a été développé un modèle analytique de gyromètre vibrant piézoélectrique permettant d'appréhender les performances du capteur (facteur d'échelle et résolution de mesure). Ainsi, il a été possible d'identifier les paramètres matériaux clés et de comparer les différents matériaux d'un point de vue théorique. Puis, les différentes étapes de réalisation des maquettes de gyromètre en PZT, GaPO4 et langasite sont décrites. Enfin, la caractérisation des maquettes de gyromètre en PZT et GaPO4 et la validation du modèle par la confrontation des résultats théoriques et expérimentaux sont présentées.

Ce travail de thèse s’intéresse à l’estimation des angles articulaires et des positions segmentaires du membre supérieur à partir de capteurs inertiels (MIMU). Malgré l’intérêt grandissant de la communauté scientifique pour cette technologie, plusieurs questions de recherche restent en suspens. Ce travail de thèse contribue à l’avancée de connaissances scientifiques à la fois au niveau de la modélisation cinématique du membre supérieur associée aux capteurs inertiels et au niveau de la validation même des données cinématiques de sortie (angles articulaires et positions segmentaires). Au travers d’une approche méthodologique complète, des recommandations de calibration anatomique sont avancées. De plus, des valeurs clefs de caractérisation sont proposées, telles qu’une reproductibilité des données angulaires de l’ordre de 5-10° et une erreur de positionnement de la main de 7-15 cm. La finalité de ce travail de thèse est la mise à disposition d’un système ambulatoire pour l’évaluation des postures et des mouvements du membre supérieur dans une optique d’évaluation des risques de troubles musculo-squelettiques en milieu professionnel. Une modélisation cinématique avancée prenant en compte un capteur inertiel sur la scapula et la caractérisation du système en milieu perturbé magnétiquement apparaissent comme une suite logique à ce travail de thèse / This PhD work is focused on the estimation of joint angles and segment positions of the upper limb based on inertial sensor technology (MIMU). Despite much interest from the scientific community in this topic, several aspects of research deserve more investigation. This work contributes to the enhancement of scientific knowledge related to (1) the kinematic modeling associated to MIMU and (2) the validation of final kinematic outputs (joint angles and segment positions). Based on an exhaustive methodological approach, recommendations related to the anatomical calibration of MIMU are highlighted. Moreover, key-values related to the characterization of kinematic outputs are proposed, such as a precision of joint angles of 5-10° and a hand positioning error of 7-15 cm. The aim of this study is the development of an ambulatory system for the assessment of postures and movements of the upper limb, in a general context of musculoskeletal disorders risk assessment at work. From now on, an advanced kinematic modeling that uses a MIMU placed on the scapula as well as a characterization of the system under magnetic disturbances represent two of the main scientific questions to explore

L’intégration de plusieurs capteurs inertiels au sein d’un même dispositif de type MEMS afin de pouvoir estimer plusieurs degrés de liberté devient un enjeu important pour le marché de l’électronique grand public à cause de l’augmentation et de la popularité croissante des applications embarquées. Aujourd’hui, les efforts d'intégration se concentrent autour de la réduction de la taille, du coût et de la puissance consommée. Dans ce contexte, la co-intégration d’un accéléromètre trois-axes avec un gyromètre trois-axes est cohérente avec la quête conjointe de ces trois objectifs. Toutefois, cette co-intégration doit s’opérer dans une même cavité basse pression afin de préserver un facteur de qualité élevé nécessaire au bon fonctionnement du gyromètre. Dans cette optique, un nouveau système de contrôle, qui utilise le principe de l’amortissement électrostatique, a été conçu pour permettre l’utilisation d’un accéléromètre sous amorti naturellement. Le principe utilisé pour contrôler l’accéléromètre est d’appliquer dans la contre-réaction une force électrostatique générée à partir de l’estimation de la vitesse du MEMS. Cette technique permet d’augmenter le facteur d’amortissement et de diminuer le temps d’établissement de l’accéléromètre. L’architecture proposée met en oeuvre une méthode novatrice pour détecter et contrôler le mouvement d’un accéléromètre capacitif en technologie MEMS selon trois degrés de liberté : x, y et z. L'accélération externe appliquée au capteur peut être lue en utilisant la variation de capacité qui apparaît lorsque la masse se déplace. Lors de la phase de mesure, quand une tension est appliquée sur les électrodes du MEMS, une variation de charge est appliquée à l’entrée de l’amplificateur de charge (Charge-to-Voltage : C2V). La particularité de cette architecture est que le C2V est partagé entre les trois axes, ce qui permet une réduction de surface et de puissance consommée. Cependant, étant donné que le circuit ainsi que l’électrode mobile (commune aux trois axes du MEMS) sont partagés, on ne peut mesurer qu’un seul axe à lafois. Ainsi, pendant la phase d'amortissement, une tension de commande, calculée pendant les phases de mesure précédentes, est appliquée sur les électrodes d'excitation du MEMS. Cette tension de commande représente la différence entre deux échantillons successifs de la tension de sortie du C2V et elle est mémorisée et appliquée trois fois sur les électrodes d’excitation pendantla même période d’échantillonnage. Afin d’étudier la faisabilité de cette technique, des modèles mathématiques, Matlab-Simulink et VerilogA ont été développés. Le principe de fonctionnement basé sur l’amortissement électrostatique simultané a été validé grâce à ces modèles. Deux approches consécutives ont été considérées pour valider expérimentalement cette nouvelle technique : dans un premier temps l’implémentation du circuit en éléments discrets associé à un accéléromètre sous vide est présentée. En perspective, un accéléromètre sera intégré dans la même cavité qu’un gyromètre, les capteurs étant instrumentés à l’aide de circuits CMOS intégrés. Dans cette cadre, la conception en technologie CMOS 0.18μm de l’interface analogique d’amortissement est présentée et validée par simulation dans le manuscrit. / Recently, consumer electronics industry has known a spectacular growth that would have not been possible without pushing the integration barrier further and further. Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) inertial sensors (e.g. accelerometers, gyroscopes) provide high performance, low power, low die cost solutions and are, nowadays, embedded in most consumer applications. In addition, the sensors fusion has become a new trend and combo sensors are gaining growing popularity since the co-integration of a three-axis MEMS accelerometer and a three-axis MEMS gyroscope provides complete navigation information. The resulting device is an Inertial measurement unit (IMU) able to sense multiple Degrees of Freedom (DoF). Nevertheless, the performances of the accelerometers and the gyroscopes are conditioned by the MEMS cavity pressure: the accelerometer is usually a damped system functioning under an atmospheric pressure while the gyroscope is a highly resonant system. Thus, to conceive a combo sensor, aunique low cavity pressure is required. The integration of both transducers within the same low pressure cavity necessitates a method to control and reduce the ringing phenomena by increasing the damping factor of the MEMS accelerometer. Consequently, the aim of the thesis is the design of an analog front-end interface able to sense and control an underdamped three-axis MEMSaccelerometer. This work proposes a novel closed-loop accelerometer interface achieving low power consumption The design challenge consists in finding a trade-off between the sampling frequency, the settling time and the circuit complexity since the sensor excitation plates are multiplexed between the measurement and the damping phases. In this context, a patenteddamping sequence (simultaneous damping) has been conceived to improve the damping efficiency over the state of the art approach performances (successive damping). To investigate the feasibility of the novel electrostatic damping control architecture, several mathematical models have been developed and the settling time method is used to assess the damping efficiency. Moreover, a new method that uses the multirate signal processing theory and allows the system stability study has been developed. This very method is used to conclude on the loop stability for a certain sampling frequency and loop gain value. Next, a 0.18μm CMOS implementation of the entire accelerometer signal chain is designed and validated.

La conception et la réalisation d'un gravimètre à atomes froids embarquable sont présentées. L'utilisation d'un tel instrument peut permettre de mesurer de façon précise et absolue la pesanteur. En faisant interagir des faisceaux lasers avec un nuage d'atomes de Rubidium refroidis à 4 µK, il a été possible d'obtenir une mesure absolue de pesanteur par interférométrie atomique, à l'aide de technologies propices à l'embarquabilité. Un banc laser compact et robuste a notamment été conçu, basé sur un concept original, l'utilisation de la technologie fibrée Telecom à 1,5 µm. Nous avons ainsi pu mesurer la pesanteur dans notre laboratoire g = 9,808 924 66 m.s-2 avec une incertitude sur la mesure de +/- 9.10-7.g et une sensibilité de 1,84.10-6.g.Hz-1/2. Ces résultats et conclusions ont permis de développer un second instrument aux performances grandement améliorées. La source laser a aussi été validée lors d'un second projet à bord d'un avion réalisant des phases d'hyper (2g) et micro-pesanteur (ICE).

Les gyromètres Sagnac atomiques ont un grand potentiel en raison de leur sensibilité élevée à la rotation. Le gyromètre atomique du SYRTE utilise des atomes de césium refroidis par lasers. À l'aide de transitions Raman stimulées, nous formons un interféromètre de type Mach-Zehnder replié. L'instrument permet d'atteindre un temps d'interrogation maximal de 800 ms, ce qui correspond à une aire Sagnac de 11 cm², la plus grande démontrée pour un interféromètre atomique. Les objectifs de ma thèse sont de tirer au mieux parti du potentiel de l'instrument, et d'étudier des modes d'interrogations jointif et jointif entrelacé. C'est une étape importante pour l'application de tels instruments entre autres en navigation inertielle. Je décris les méthodes mises en place pour pousser la sensibilité court terme et mené une première étude détaillée des effets systématiques. Nous avons démontré une stabilité à court terme de 30 nrad/s/Hz^1/2 en interrogation jointive triplement entrelacée, ce qui est une amélioration d'un facteur 3 de l'état de l'art pour les gyromètres à atomes froids. L'état de l'art a également été amélioré d'un facteur 4 à long terme avec une stabilité de 0,23 nrad/s en 30 000 s. / Sagnac atomic gyroscopes have great potential due to their high sensitivity to rotation. The SYRTE atomic gyroscope uses laser cooled cesium atoms. Thank to stimulated Raman transitions, we form a folded Mach-Zehnder type interferometer. The instrument allows interrogation times up to 800~ms, which corresponds to a 11~cm$^2$ Sagnac area, the largest demonstrated for atom interferometers. This is a major step toward the use of such instruments in inertial navigation. I describe the methods implemented to push the short-term sensitivity and performed the first detailed study of systematics, such as those linked to light-shifts due to the preparation and the detection of the atoms and those linked to misalignment of parallelism of the mirrors and of the trajectories of the atoms. I demonstrated a short-term stability of 30~nrad.s$^{-1}$.Hz$^{-1/2}$ in triple interleaved joint interrogation which improves the state of the art by a factor 3. The state of the art has also been improved by a factor 5 in long-term with a 0,2~nrad.s$^{-1}$ stability in 30~000~s.

L'instrument principal de la mission GOCE est un gradiométre triaxial contenant 6 paires d'accéléromètres électrostatiques ultrasensibles conçus par l'ONERA. chaque accéléromètre est constitue d'une masse d'épreuve entourée par 8 paires d'électrodes permettant de la contrôler en position grâce a une boucle d'asservissement électronique. il est possible de recombiner les mesures accélérométriques pour en déduire les composantes du gradient de gravite. il s'agit de la grandeur fondamentale d'intérêt dans la mission GOCE. malgré son succès, la communauté scientifique s'est aperçue que le bruit contenu dans le terme vzz est 2 fois plus élevés que prévu. ce niveau de bruit est reste inexpliqué. la qualité des données GOCE dépend directement de celle des mesures accélérométriques. l'ONERA détenant l'expertise sur la technologie des accéléromètres électrostatiques ultrasensibles, une étude approfondie au plus proche de l'instrument s'est avérée nécessaire. dans un premier temps, une méthode d'estimation d'un majorant du niveau de bruit empirique des mesures accélérométriques est proposée a partir de la différence des modes communs. dans un second temps, ces estimations a partir des données empiriques sont reliées aux sources de bruit. en prenant en compte les sources de bruit qui ont été vérifiées, on a analyse deux scenarios qui pourraient aboutir au niveau empirique du bruit total de mesure. enfin, on a identifie que le bruit du facteur d'échelle n'a pas été inclus dans le calcul du niveau de bruit attendu. on montre que, dans le cas des axes de mesure sensible, la prise en compte du bruit de facteur d'échelle aboutit a l'augmentation du niveau de bruit de mesure attendu. / The payload of the space mission goce is a 3 axis gradiometer containing 6 ultrasensitive electrostatic accelerometers designed by onera – the french aerospace lab. each accelerometer contains a proof mass surrounded by 8 pairs of electrodes allowing the control of its position thanks to a feedback control loop. the recombination of the accelerometer measurements leads to the estimation of the terms of the gravity gradient matrix. it is the target quantity of the mission goce. despite the success of the mission, the scientific community discovered that the noise level of the term vzz is twice as high as the level expceted. this remains unexplained. the quality of the data is directly related to the quality of the accelerometer measurements. because onera has the expertise on the accelerometer technology, an in-depth study proved to be necessary. we first provide a way to estimate an upper bound of the empirical noise in the measurements. then, we analyse two scenarios that could lead to the empirical noise observed. finally, we show that taking into account the scale factor noise leads to a higher noise than expected.

Face aux limites auxquelles doivent faire face les systèmes optoélectroniques (matériel lourd, champ de mesure limité), les capteurs inertiels constituent une alternative prometteuse pour la mesure du mouvement humain. Grâce aux dernières avancées techniques, notamment en termes de miniaturisation des capteurs, leur utilisation en ambulatoire c’est-à-dire de façon autonome et embarquée est devenue possible. Mais ces opérations de miniaturisation ne sont pas sans effet sur les performances de ces capteurs. En effet, une telle mesure est dégradée par différents types de perturbations (stochastiques et déterministes) qui sont alors propagées au cours du processus dit de fusion des données visant à estimer l'orientation des segments humains. Classiquement, cette opération est réalisée à l'aide d'un filtre de Kalman dont le rôle est justement d'estimer une grandeur à partir d'une mesure bruitée en la confrontant à un modèle d'évolution.Dans ce contexte, nous proposons diverses méthodologies dans le but d'accéder à une mesure suffisamment précise pour être exploitée dans le cadre de l'analyse du mouvement humain. La première partie de cette thèse se focalise sur les capteurs. Tout d'abord, nous étudions les bruits de mesure issus des capteurs inertiels, puis nous leur attribuons un modèle afin de les prendre en compte au sein du filtre de Kalman. Ensuite, nous analysons les procédures de calibrage et évaluons leurs effets réels sur la mesure afin d'émettre quelques propositions en termes de compromis performance/facilité de réalisation.Dans une seconde partie, nous nous consacrons à l'algorithme de fusion des données. Après avoir proposé un filtre de Kalman adapté à la mesure du mouvement humain, nous nous focalisons sur un problème récurrent à ce stade : l'identification des matrices de covariance dont le rôle est d'attribuer une caractérisation globale aux erreurs de mesure. Cette méthode, basée sur une confrontation de la mesure avec une référence issue d'un système optoélectronique, met en évidence la nécessité de traiter ce problème rigoureusement.Dans une troisième partie, nous commençons à aborder les problèmes liés à l'utilisation des capteurs inertiels pour la mesure du mouvement humain, notamment le calibrage anatomique et le positionnement des capteurs.En conclusion, les gains apportés par les diverses propositions avancées dans cette thèse sont évalués et discutés. / To face the limits of optoelectronic systems (heavy device, restricted measurement field), inertial sensors are a promising alternative for human motion analysis. Thanks to the latest technical advancements like sensor miniaturization, they can now work autonomously which makes possible to directly embed them on the human segments. But, as a counterpart of these developments, inertial sensor measurement still suffers from both stochastic and deterministic perturbations. The induced errors then propagate over the so-called fusion algorithm used to estimate human segment orientation. A common tool to perform such an operation is the Kalman filter that estimates unknown variables by correcting noisy measurements by the use of a dynamic model.With the aim of achieving a sufficiently accurate measurement to perform human motion analysis, various methodologies are proposed in the present work. The first part of this thesis focuses on the sensors. First, inertial sensor noises are studied and modeled in order to be integrated into the Kalman filter. Calibration processes as their effects over the measurement are for that purposed analyzed. Some recommendations are thus proposed to reach a compromise between calibration performance and complexity.In a second part, the data fusion algorithm is approached. A specific Kalman filter dedicated to human motion measurement is first proposed. Then, a recurrent problem is studied in details: the definition of the covariance matrix that represents a globalcharacterization of the measurement errors. Considering an optoelectronic system as a reference to compare inertial measurement, a method is proposed for this covariance matrix identification, which also highlights the need to address this problem rigorously.In a third part, we begin to address the use of inertial sensors for human motion analysis by focusing on models and IMU-to-segment calibration.To conclude, the benefits made by the proposed methodologies are evaluated and discussed.

L’Onera développe des capteurs inertiels MEMS vibrants avec des performances qui peuvent intéresser des applications spatiales. Les électroniques analogiques traditionnellement associées ne sont à priori pas limitantes par rapport aux performances physiques des capteurs. En revanche, elles se montrent encombrantes, non reconfigurables, et ne délivrent pas les grandeurs mesurées sous forme numérique à l’ordinateur de bord. En outre,dans le cadre d’une utilisation spatiale, elles sont sujettes à dépendance et à obsolescence :le remplacement d’un composant implique une nouvelle qualification.Cette thèse propose une nouvelle architecture numérique générique, limitant au maximum les composants analogiques nécessaires. Les travaux portent principalement sur deux capteurs développés par l’Onera : l’accéléromètre à lame vibrante VIA et le gyromètre vibrant à effet Coriolis VIG, mais sont justement transposables à d’autres familles. Une première fonction clé identifiée est la datation d’évènements pour la mesure de fréquence et de phase, une seconde concerne la synthèse numérique directe de fréquence pour le pilotage de résonateurs, et une troisième traite la génération de signaux sinusoïdaux purs à partir des trains binaires délivrés par le système numérique. Ces fonctions sont réalisées sous forme de périphériques numériques autour d’un processeur embarqué, le tout synthétisé sur composant programmable FPGA. Le manuscrit débute par un rappel des lois physiques et des technologies de mesure inertielle, suivi d’une revue des oscillateurs, analogiques et numériques, afin de déterminer l’architecture numérique souhaitée. Le chapitre suivant aborde de façon théorique les fonctions numériques envisagées, et en détermine les éléments de performance. La mise en oeuvre de ces fonctions et les premiers résultats expérimentaux sont ensuite présentés d’abord au niveau de la fonction seule, et enfin dans une architecture complète incluant le capteur et le logiciel embarqué, pour fournir de vraies mesures inertielles. Ces résultats encouragent le déploiement d’électronique numérique dans les prochaines générations de capteurs. / Onera has been developing vibrating inertial MEMS sensors with performances good enough for space uses. Associated conventional analog electronics are not limiting the physical performances of the sensors. They are, however, bulky, not reconfigurable, and do not deliver digital measurements to the on-board computer. Furthermore, when used for space applications, they have to cope with dependency and obsolescence requiring a new qualification when any part is changed.This thesis offers a new digital generic architecture with as few analog parts as possible. Work has been focused on two sensors developed by Onera: the VIA, a vibrating beam accelerometer, and the VIG, a Coriolis vibrating gyro, but can address other sensors. A first digital function identified is event timestamping for frequency and phase measurements; a second key function is the direct digital synthesis of the oscillating sensors driving signal; the third one generates pure sine signals from binary sequences output from the digital platform. These function are implemented as peripherals of an embedded processor on a FPGA.This dissertation firstly reminds physical laws and technologies of inertial measurements, followed by a quick review of oscillators, analog and digital, in order to introduce the chosen digital architecture. A following chapter studies the theory of the digital functions considered and identifies their performances. Afterwards, realisations and first experimental results are exposed, at a function level first, at a global level then, with the sensor and the embedded software to provide real inertial readings. The results gathered boost the idea of deploying digital electronics in future sensor releases.