Augmenter la durée de vie d'une pile, voire s'en passer est aujourd'hui devenu une obligation pour les microsystèmes. En effet, à cette échelle, le remplacement des piles et leur rejet dans l'environnement sont problématiques. La voie préconisée pour répondre à cet enjeu est d'utiliser des sources d'énergie renouvelables (solaire, thermique et mécanique). Pour cela, nous proposons de développer une plateforme de récupération d'énergie multi-sources/multi-charges (MANAGY) capable de s'adapter à son environnement pour en extraire le maximum d'énergie et répondre à des applications diverses. L'architecture est constituée de chemins directs et de chemins indirects où l'énergie provenant des sources est d'abord transférée dans une unité de stockage avant d'être réutilisée par les charges du microsystème. L'utilisation de cette nouvelle architecture permet d'optimiser le transfert d'énergie entre sources et charges et améliore le rendement du système de 33%. Avant de développer une architecture multi-sources, nous avons cherché à améliorer le rendement de la source photovoltaïque (PV) qui, au vu de l'état de l'art, a la densité de puissance la plus élevée. La recherche du rendement maximum de la source PV revient à la recherche du point de puissance maximum (MPPT). Il existe pour chaque condition d'irradiance, de température, et d'énergie extraites un couple tension-courant permettant à la source de fournir un maximum de puissance (MPP). Grâce à l'utilisation de deux chemins de puissance, nous arrivons simultanément à créer une boucle de régulation faible puissance agissant sur le rapport cyclique du système de gestion d'énergie (MPPT) et une boucle de régulation de la tension de sortie agissant sur le transfert de l'énergie. La modélisation du système nous a permis de spécifier ses performances. Pour atteindre les performances requises, des architectures innovantes ont été réalisées qui ont fait l'objet de trois brevets. De plus, des blocs ne sont activés qu'aux instants de changement d'état du système et sont conçus, quand cela a été possible, avec des transistors fonctionnant en mode faible inversion. Toutes ces optimisations permettent au système de fonctionner sur une large plage de variation de l'éclairement (de conditions intérieures supérieures à 500 lux à extérieures) avec un rendement proche de 90%.

Ce travail de recherche s'inscrit dans le cadre d'une collaboration entre le laboratoire SYMME et des kinésithérapeutes experts des Réseaux Bronchiolite. Il a pour objectif la conception d'un simulateur physique de torse de nourrisson pour l'apprentissage d'un geste de kinésithérapie respiratoire. En réponse à la demande des praticiens, il s'agit de proposer un outil à visée didactique permettant au novice d'évaluer sa pratique par rapport à des gestes référents. La pratique professionnelle de kinésithérapeutes experts en situation réelle a donc été observée, pour cerner l'environnement et les contraintes liées au patient, et définir les besoins en terme de mesure. Afin de caractériser le geste, un système de mesure spécifique, non coercitif, a été conçu et réalisé intégrant des capteurs de déplacement et de pression adaptés, sur des gants. Un soin particulier a été apporté à la mise en oeuvre de la chaîne d'acquisition et à l'étalonnage de cet outil.<br />Des campagnes de mesures en situation réelle de soin en cabinet de kinésithérapie ont été menées. L'exploitation des résultats a montré une certaine répétabilité du geste expert, permettant la construction d'une base de données. Des paramètres, considérés comme pertinents en vue de la conception du simulateur, ont été définis et analysés. En étroite collaboration avec les kinésithérapeutes, une démarche mécatronique de conception incluant la dimension didactique a été construite. Le simulateur consiste en un torse physique anthropomorphe de nourrisson, dont les fonctionnalités souhaitées seront réalisées conjointement par la structure mécanique et son instrumentation. Un système dit " passif " privilégiant une approche matériaux/structure a été préféré. Dans une démarche essai-erreur, plusieurs simulations par éléments finis ont été effectuées, en considérant les conditions aux limites et les valeurs de déplacements obtenues pendant les campagnes de mesure, pour dimensionner la structure et choisir les matériaux à utiliser.

La surveillance d'entrepôts de produits chimiques est une opération délicate dans le sens où elle passe par une connaissance de la nature de chaque produit stocké, sur leur localisation, sur leur possible interaction et sur les actions à mettre en œuvre en cas d'alerte. Pour faciliter cette gestion de stockage, cette thèse propose d'utiliser le concept de l'ambiant où le produit possède son propre système d'information et de communication sans fil de façon à le rendre intelligent et autonome. Cette thèse propose et développe un modèle de comportement interne de produit actif permettant une approche distribuée de sécurité active. Celui-ci permet d'aboutir à un protocole de communication de niveau applicatif à embarquer dans les produits actifs. Ce protocole est évalué de façon formelle en utilisant les Réseaux de Petri colorés hiérarchiques. Finalement, ce protocole est implémenté dans le simulateur Castalia/Omnet++ pour l'analyser dans plusieurs scénarii et aussi pour l'éprouver lors du passage à l'échelle. Les résultats montrent l'intérêt et la faisabilité du concept de produit actif.

La surveillance d'entrepôts de produits chimiques est une opération délicate dans le sens où elle passe par une connaissance de la nature de chaque produit stocké, sur leur localisation, sur leur possible interaction et sur les actions à mettre en œuvre en cas d'alerte. Pour faciliter cette gestion de stockage, cette thèse propose d'utiliser le concept de l'ambiant où le produit possède son propre système d'information et de communication sans fil de façon à le rendre intelligent et autonome. Cette thèse propose et développe un modèle de comportement interne de produit actif permettant une approche distribuée de sécurité active. Celui-ci permet d'aboutir à un protocole de communication de niveau applicatif à embarquer dans les produits actifs. Ce protocole est évalué de façon formelle en utilisant les Réseaux de Petri colorés hiérarchiques. Finalement, ce protocole est implémenté dans le simulateur Castalia/Omnet++ pour l'analyser dans plusieurs scénarii et aussi pour l'éprouver lors du passage à l'échelle. Les résultats montrent l'intérêt et la faisabilité du concept de produit actif.

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.

La sécurité des systèmes embarqués très contraints est un domaine qui prend de l'importance car ceux-ci ont tendance à être toujours plus connectés et présents dans de nombreuses applications industrielles aussi bien que dans la vie de tous les jours. Cette thèse étudie les attaques logicielles dans le contexte des systèmes embarqués communicants par exemple de type réseaux de capteurs. Ceux-ci, reposent sur diverses architectures qui possèdent souvent, pour des raisons des coût, des capacités de calcul et de mémoire très réduites. Dans la première partie de cette thèse nous montrons la faisabilité de l'injection de code dans des micro-contrôleurs d'architecture Harvard, ce qui était, jusqu'à présent, souvent considéré comme impossible. Dans la seconde partie nous étudions les protocoles d'attestation de code. Ceux-ci permettent de détecter les équipements compromis dans un réseau de capteurs. Nous présentons plusieurs attaques sur les protocoles d'attestation de code existants. De plus nous proposons une méthode améliorée permettant d'éviter ces attaques. Finalement, dans la dernière partie de cette thèse, nous proposons une modification de l'architecture mémoire d'un micro-contrôleur. Cette modification permet de prévenir les attaques de manipulation du flot de contrôle, tout en restant très simple a implémenter.

Un des défis majeurs de la réalité augmentée est celui de l'alignement spatial des objets virtuels sur le monde réel. Plusieurs techniques de localisation par la vision ont été proposées dans la littérature pour améliorer le recalage virtuel. Le suivi hybride qui combine différentes technologies et méthodes semble ouvrir une nouvelle voie d'utilisation pour combler les divers problèmes liés à la précision et à la robustesse des algorithmes. Dans ce travail, nous avons développé une architecture multimodale de suivi de cibles et de gestion d'occultations en réalité augmentée. L'approche multimodale consiste à combiner différents capteurs et techniques, associés en fonction des conditions réelles de l'environnement. Cette architecture est constituée d'un module de tracking de cibles codées basé sur un algorithme hybride d'estimation de pose. Toutefois, cet algorithme de suivi de cibles est mis en échec si les marqueurs visuels ne sont pas entièrement visibles. Nous avons étendu donc, cette méthode de localisation spatio-temporelle par un module de suivi de points caractéristiques en présence d'occultations partielles des cibles. Cette étape se fonde sur l'étude des propriétés du suivi robuste des points d'intérêts et sur l'adaptation et la gestion des différentes conditions expérimentales. Enfin, une partie de suivi multi-capteurs est incluse dans notre démarche de conception logicielle. Ce dernier module de l'architecture est composé d'un dispositif hybride de tracking permettant de pallier les occultations totales des cibles. Des expérimentations avec le système global et de nombreuses évaluations ont servi à montrer l'intérêt de l'approche multimodale proposée pour le suivi et la gestion d'occultations en réalité augmentée. Le travail réalisé a permis de définir une base de critères nécessaires pour une mise en oeuvre efficace d'une architecture de suivi robuste et multi-capteurs dans un environnement de réalité augmentée.

Cette thèse porte sur la réalisation d'un simulateur pour un robot anthropomorphe bipède dans un environnement. Les roboticiens ont besoin d'un tel simulateur pour valider leurs lois de contrôle développées pour un robot bipède réel. Nous modélisons ce robot et nous l'animons avec des cycles de marche issus de la capture de mouvements. Nous complétons ces cycles de marche en calculant les mouvements transitoires de départ et d'arrêt du robot. Pour cela, nous utilisons une méthode basée sur l'interpolation de polynômes cubiques et respectant des contraintes liées aux mouvements des pieds du robot (cohérence du mouvement et non pénétration dans le sol). Nous obtenons ainsi des mouvements complets pour faire marcher notre robot dans son environnement. Comme cet environnement est inconnu du robot, nous modélisons sa perception au moyen de capteurs proximétriques, qui donnent la distance entre le robot et les objets locaux. Cette perception locale est utile pour la détection d'obstacles, afin d'éviter toute collision du robot avec son environnement. De plus, le robot doit modifier son comportement en fonctionde l'environnement. Par exemple, lorsqu'il rencontre des escaliers, il doit pouvoir les monter ou les descendre. Il lui faut donc une certaine reconnaissance des objets. Nous calculons alors le profil de l'environnement perçu à partir des distances détectées par les capteurs, et nous proposons un algorithme de reconnaissance d'objets basé sur ce profil. Une fois que ces fonctions de marche, de perception et de reconnaissance sont fournies au robot, nous étudions le placement des capteurs sur le robot, afin de déterminer la meilleure configuration pour laquelle le nombre de capteurs est minimal pour une détection maximale des objets dans l'environnement. Enfin, nous réalisons une simulation complète du robot bipède évoluant dans un environnement, dont le mouvement de marche est contrôlé en fonction de ce qui est perçu par les capteurs.

Cette thèse s'intéresse aux processus liés à la localisation et la consommation d'énergie dans les réseaux de capteurs sans fil (Wireless Sensor Networks WSN). Dans les WSN, Durant le processus global de localisation, les communications radio représentent la principale source de consommation d'énergie. Nous étudions trois formes de coopération entre les nœuds qui exploitent de manière différente les nombreuses transmissions radio. En particulier, le "Radio broadcasting" qui est souvent perçu comme un inconvénient dans WSN est utilisé dans les protocoles que nous proposons comme un élément clé pour améliorer la consommation d'énergie de la localisation. Nous étudions leurs conditions de convergence, leur vitesse de propagation et leur coût de communication avec des modèles de simulation. Nous montrons que l'implémentation qui utilise le "Over-hearing" -corollaire du broadcasting- dans une approche positive surpasse les deux autres protocoles en termes de vitesse de convergence et de coût de communication.

La lévitation diamagnétique est un des rares phénomènes permettant de soustraire des corps à la gravité. Si la répulsion diamagnétique est négligeable à nos échelles, elle devient significative aux petites dimensions, allant jusqu'à entraîner, sous certaines conditions, la mise en lévitation de micro-objets diamagnétiques. A travers le développement de microaimants, de modèles numériques et analytiques ainsi que de réalisations expérimentales, ces travaux explorent les potentialités de la lévitation diamagnétique de microgouttes et du piégeage de cellules en milieu paramagnétique. Ils démontrent notamment la possibilité de mesurer précisément l'interaction entre gouttes chargées en lévitation. Ces travaux analysent par ailleurs, le comportement des cellules piégées dans un environnement paramagnétique. Cette étude ouvre de nouvelles perspectives pour le tri de cellules basé sur leur taille, leur susceptibilité voire même leur propriété endocytotique. Enfin, la possibilité d'actionner sans contact des microgouttes dans l'air est explorée par la modélisation d'un système innovant couplant la diélectrophorèse à la lévitation diamagnétique.