La robotique de service est un domaine émergent où il est nécessaire de commander des robots en interaction forte avec leur environnement. Ce travail présente une méthode adaptative de commande combinant de l'apprentissage de modèles de la mécanique à de la commande dans l'espace opérationnel de robots redondants. L'apprentissage des modèles cinématiques est obtenu soit par dérivation de modèles géométriques appris, soit par apprentissage direct. Ces modèles cinématiques, également appelés matrices Jacobiennes, peuvent être utilisés dans le calcul de pseudo-inverses ou de projecteurs pour la commande de robots. Cette combinaison de méthodes permet d'obtenir un contrôleur qui s'adapte à la géométrie du robot command é. En utilisant les mêmes algorithmes d'apprentissage, il est possible d'apprendre un modèle dynamique inverse du robot contr^olé de manière à le commander en couple plutôt qu'en vitesse, l'avantage étant de pouvoir s'adapter aux modifications dynamiques qui s'appliquent sur le robot comme par exemple l'application d'une force extérieure ou l'ajout d'un poids. Des expériences en simulation menées dans le cadre de cette thèse montrent comment réaliser plusieurs tâches hiérarchiques ou comment s'adapter à des perturbations avec des modèles appris. Des expériences sur le robot iCub ont également été menées afin de rendre compte de la plausibilité de l'approche proposée sur un système réel.

La simulation réaliste de foule est un problème ouvert et difficile à cause de la multitude d'informations qui sont prises en compte par un humain pour déterminer sa trajectoire de marche. Dans cette thèse nous cherchons à modéliser puis à simuler de manière aussi réaliste que possible les interactions de suivis entre individus se déplaçant dans les foules. Nous proposons une approche en trois grandes étapes. Dans un premier temps, nous constituons une base de données cinématiques pour observer le comportement de suivi lors du déplacement de groupes de piétons à partir d'un procédé expérimental original utilisant la technologie de capture de mouvements optoélectronique. Le traitement des données acquises requiert le développement d'une méthode spécifique de reconstruction des données brutes. La base de données ainsi obtenue représente le premier résultat de notre travail. Dans un deuxième temps, nous proposons une analyse détaillée de ces données. Nous mettons en évidence d'une part, la nature des interactions locales entre les sujets, et d'autre part les phénomènes globaux qui émergent de la combinaison de ces interactions dont en particulier la formation de vague de vitesses qui se propagent. Cette analyse constitue notre deuxième résultat majeur et conduit à notre troisième et dernier résultat : un modèle numérique d'interaction locale de suivi que nous calibrons sur les données expérimentales acquises. Les résultats de simulation sont finalement évalués quant à leur capacité à reproduire les phénomènes macroscopiques observés et analysés. Enfin, nous montrons des cas d'usage pratique de notre modèle.

Le parachèvement des pièces de fonderie de haute technicité est une tâche indispensable, réalisée en grande partie manuellement, et vouée à disparaître de par sa pénibilité. Le travail présenté concerne la mise en oeuvre industrielle d'une cellule robotisée de parachèvement. Une première partie présente les contraintes liées au procédé de fonderie sable et leurs impacts sur le parachèvement. Le processus robotisé comporte une phase d'usinage et de ponçage associées à un recalage par vision. Un état de l'art en regard de nos contraintes d'intégration a conduit au choix d'un robot à structure parallèle (Tricept) associé à deux axes supplémentaires introduisant des redondances cinématiques. Sa mise en oeuvre vis-à-vis du processus a suivi une démarche en trois étapes : la modélisation analytique de la cellule obtenue par équivalent sériel, la formalisation des contraintes du processus et une résolution par optimisation multicritères. Elle a nécessité la définition de critères d'optimisation spécifiques (précision, cinématique, rigidité) et permet d'améliorer le comportement de la cellule par la gestion des redondances cinématiques. La dernière partie présente la mise en production industrielle sur une pièce de validation et l'outil d'optimisation développé.

Des oscillations sont observées dans de nombreuses étoiles de type solaire. L'astérosismologie permet de sonder leur structure interne. Lors de ce travail nous nous sommes intéressés à l'étoile ΙHor. Comme la plupart des étoiles à planète, elle est surmétallique. Elle appartient au courant des Hyades: elle possède la même cinématique galactique que les étoiles de l'amas.<br /> La première partie de cette étude introduit brièvement la théorie des oscillations stellaires et les équations qui y sont liées. Dans une deuxième partie, le comportement des coeurs convectifs dans les étoiles de type solaire est étudié, ainsi que leur influence sur les fréquences d'oscillation. La troisième partie présente l'étude de ΙHor. Dans un premier temps, elle est modélisée à partir des observations spectroscopiques de trois groupes d'observateurs et les fréquences de ces modèles sont calculées. Dans un deuxième temps, les observations avec le spectrographe HARPS sont décrites. Enfin est présentée la recherche du modèle de ΙHor qui ajuste au mieux les observations. Il est montré que cette étoile a été formée avec l'amas des Hyades. Sa surmétallicité provient du nuage primordial à l'origine de l'amas des Hyades et de plusieurs autres. Elle n'est pas la conséquence d'accrétion de planètes dans ses couches externes

De nos jours la culbute est la technique de virage crawl unanimement employée par les nageurs de compétition. Elle se décompose en cinq phases principales : l’approche, le retournement, le contact avec le mur (composé du placement et de la poussée), la phase sous-marine (composée de la glisse et de la coulée) et la reprise de nage. Dans le cadre d’une première collaboration entre le Laboratoire de Mécanique Physique de Bordeaux et le service recherche de la Fédération Française de Natation, cette étude s’est appuyée sur un protocole complet d’analyse sous-marine 3D qui a permis d’évaluer l’ensemble des paramètres cinématiques et dynamiques de la performance. Une double analyse comparative a montré que le niveau d’expertise et le genre ont un effet sur la performance au virage. Les nageuses de niveaux différents se différencient entre-elles par des vitesses en approche et en fin de poussée plus élevées pour les expertes qui adoptent une position plus profilée tout au long du contact. À haut niveau, les nageurs se différencient des nageuses au début du retournement par une vitesse plus élevée puis lors de la poussée où ils produisent un pic de force horizontale plus élevé et obtiennent un gain de vitesse en conséquence.L’utilisation de la méthode Lasso a permis d’établir deux modèles experts de la performance au virage. Chez les nageuses expertes, le modèle a révélé l’importance de l’impulsion latérale pendant le placement, paramètre nouveau qui pourrait être représentatif de la vrille exécutée. Chez les nageurs experts, les meilleurs virages sont réalisés par anticipation du retournement. Le mur est impacté dans une position corporelle peu fléchie ce qui favorise une extension rapide mais crée peu de vitesse. Le trajet parcouru par les meilleurs est court et optimisé. Cette étude illustre l’intérêt d’une analyse 3D du virage culbute crawl : en dynamique d’une part, l’utilisation d’une plateforme de force 3D permettant de distinguer les phases de placement et de poussée et probablement aussi le mouvement de vrille ; en cinématique d’autre part, avec l’importance de la trajectoire parcourue sur la performance au virage des nageurs experts. Par delà cette étude du virage, la conception, la réalisation et l’utilisation de nouveaux outils dédiés à l’analyse du mouvement en natation permet aujourd’hui de proposer au sportif une aide à la performance en phase avec ses objectifs. De part un enrichissement de la connaissance des différentes techniques utilisées par les experts et les non-experts, cette étude devrait également permettre d’améliorer l’enseignement des virages de haut-niveau. / Nowadays the tumble turn is the turn technique embraced by all freestyle competitive swimmers. It consists of five main phases: the approach, the rotation, the wall contact (with braking and push-off sub phases), the underwater phase (with glide and underwater propulsion sub phases), and the resumption of swimming.Within the first collaboration between the Laboratoire de Mécanique Physique of Bordeaux and the research department of the Fédération Française de Natation, this study relied on a comprehensive protocol for 3D underwater analysis that allowed assessing all kinematic and dynamic variables of performance.A double comparative analysis showed that both the level of expertise and the gender have effects on the turn performance. Female swimmers of various levels differ by higher approach and push-off speeds for the experts who are more streamlined throughout the contact. At a high level, male swimmers differ from female swimmers first by higher speed at the beginning of the rotation and also by producing more horizontal force at the push-off peak, directly resulting in a higher speed.The use of the Lasso method made it possible to establish two models for the expert turn performance. For female swimmers, the model revealed the role of lateral momentum during the braking phase, a new parameter that could be representative of the twist executed. For male swimmers, the best turns are swum when the rotation is anticipated. The wall is reached with a slightly flexed posture that results in a fast extension but also creates a slow speed. The best swimmers’ trajectories are short and optimized.This study showed the importance of a 3D analysis of the crawl tumble turn: on one hand the dynamic analysis, with the use of a 3D force platform that makes easier the distinction between the braking and the push-off phases, and probably also gives insights into the twist movement; on the other hand the kinematic analysis, with the importance of the length of the swum path on the turn performance.Beyond this study of the turn, the design, the implementation and the use of new tools devoted to motion analysis in swimming can now offer athletes assistance in line with their objectives. By increasing the knowledge of different techniques used by experts and non-experts swimmers, this study should also improve the teaching of high-performance turns.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Le but de ce travail est d’améliorer les techniques de mesure cinématique tridimensionnelle (3D) afin d’étudier les schémas cinématiques du complexe de l’épaule et du rachis cervical chez des sujets sains et pathologiques. La première partie de ce travail propose un rappel d’anatomie fonctionnelle, une revue de la littérature de la cinématique du complexe scapulo-huméral et une mise au point sur les techniques de mesure de ces deux complexes articulaires. La deuxième partie de ce travail a pour objectif d’évaluer à partir d’études cliniques originales : - la reproductibilité des techniques de mesure des rotations des complexes scapulo-huméral et cervical et d’en proposer une amélioration par une analyse simultanée des translations du barycentre de la scapula ainsi que par la mesure couplée des deux complexes articulaire. - les schémas cinématiques de la scapula dans différents modèles de pathologies ostéo-articulaires au cours de gestes analytiques et fonctionnels. En conclusion, ce travail de thèse met en évidence : une variabilité intra-individuelle dans la capacité à reproduire un mouvement à l’identique avec le membre supérieur et à conserver la même précision dans le repositionnement de la tête. - des mouvements de translation 3D de la scapula, dont certains de grande amplitude, associés aux rotations des mouvements de faible amplitude du rachis cervical associés aux mouvements du membre supérieur en faveur de son rôle proprioceptif. - des schémas cinématiques scapulaires spécifiques : - de la lésion neurologique en cas de scapula alata dynamique. - de la nature fonctionnelle de la tâche en cas de pathologies ostéo-articulaires communes / The aim of this work was to improve the methods of kinematic assessment of the shoulder complex and of the cervical spine in order to improve understanding of scapular and cervical spine kinematics in asymptomatic and symptomatic subjects. The first part of this work provides a reminder of functional anatomy, a literature review of the 3D kinematics of the shoulder complex and issues relating to measurement techniques of both articular complexes. The second part is based on original clinical studies assessing: - the reliability of the measurement techniques of the rotations of both articular complexes and their enhancement by addition of scapular translations and the coupled mobility of the cervical spine and shoulder complexes. - the patterns of scapular kinematic in different ostéo-articular pathologies In conclusion, this work highlights: - intra-individual variability in the ability to reproduce a movement with the upper arm and in the accuracy of repositioning the head . -3D scapular translations (some with large ranges) associated with scapular rotations. - small movements of the cervical spine associated with upper limb movements relating to the proprioceptive role of the cervical. - spine specific scapular kinematic patterns depending on: - neurological lesions in the case of dynamic scapula alata, - the type of movement in common osteo articular pathologies

L'objectif de ma thèse est de participer à la construction d'un nouveau robot humanoïde qui peut réaliser des interactions intuitives avec l'humain à travers l'observation et l'imitation. Pour cela, j'ai conduit une série d'études expérimentales chez le jeune adulte pour caractériser les propriétés cinématiques des mouvements du bras réalisés pendant des interactions motrices et sociales, autant d'éléments qui seront les patterns de référence pour le futur robot. En se concentrant sur le comportement non-verbal, nous avons testé comment les contraintes externes et internes (difficulté, prédictibilité, temporalité) façonne la cinématique des mouvements du bras et de la main dans une simple action séquentielle de prise et de pose d'un objet (étude 1 et 2). Les résultats révèlent des modulations précoces dans la cinématique de la phase d'atteinte et de saisie, en fonction de la taille et de la stabilité du réceptacle terminal sur lequel l'objet devait être placé. Ces modulations observées dans le premier élément de la séquence sont en contradiction avec les modèles d'optimisation de trajectoire utilisés en robotique pour les séquences d'action. Ils suggèrent un couplage fort entre les paramètres moteurs dans une stratégie de planification encapsulée qui rétro-propage les contraintes contextuelles sur les éléments précoces de la séquence. Pour confirmer ces résultats, une seconde série d'étude a été conduite en utilisant des tâches cinématiques et vidéos pour montrer que les intentions motrices humaines pouvaient être lues à travers la détection de ces modulations cinématiques précoces. En utilisant un système de classification artificiel, nous avons testé si les indices de bas niveau pouvaient permettre une catégorisation des essais. Les résultats montrent qu'en absence de capacité cognitive particulière, le réseau de neurone pouvait catégoriser les intentions significativement au-dessus du niveau de la chance en observant les 500 premières millisecondes de l'action (étude 3). La troisième partie de mon travail de thèse s'est tournée vers les mesures en eye-tracking. Nous avons révélé ici que la stratégie proactive de fixations oculaires utilisée pendant l'observation de l'action était similaire à celle utilisée pendant son exécution (étude 4). De plus, les catégorisations correctes d'intentions motrices étaient caractérisées par des saccades plus précises et des fixations plus longues sur l'objet. Les mouvements oculaires sont connus pour jouer un rôle important dans les interactions sociales. Ainsi, dans une dernière expérience (étude 5), nous avons mis en place un jeu compétitif en face à face révélant des effets spécifiques du contexte social qui modifie la cinématique des mouvements d'atteinte selon le type de situations interactives. Dans le manuscrit de thèse je propose une discussion qui replace les résultats dans les modèles neuronaux et cognitifs de l'intégration sensori-mmotrice. Lorsque c'est le cas, des directions futures sont suggérées à la fois pour les modèles cognitifs de contrôle moteur et pour le développement e systèmes artificiels neuro-inspirés intégrant des capacités d'interaction sociale intuitive. / The aim of my PhD thesis was to participate in the construction of a new humanoid robot that can sustain intuitive interactions with humans through observation and imitation. As such, I conducted a series of experimental studies in young adults to better characterize the kinematic properties of those arm movements performed during motor and social interactions, elements that are the reference patterns for the to-come robot. Focusing on non-verbal behavior, we tested how external and internal constraints (difficulty, predictability, timing) shaped the kinematics of both arm and hand movements in a very simple pick and place sequential action (study 1 and 2). The results revealed early modulations in kinematics in the reach-to-grasp phase depending of the size and the stability of the target pad on which the object had to be placed. These modulations observed within the first element of the sequence were in contradiction with the current optimized trajectory models used in robotics for action sequences. They suggest in fact a strong coupling of the motor parameters within an encapsulated planning strategy that back-propagates the contextual constraints on to the early elements of the motor sequence. To confirm these findings, a second serie of studies were conducted using kinematic and video based tasks to show that human motor intentions can be read through the detection of these early kinematic modulations (study 3). Using basic artificial classification, we tested whether low-revel motor indices could afford trial categorization without the need for higher-level process such as motor imagery. results indicated that indeed without cognitive abilities the neural network could categorize the intention of an observed action within the first 500ms, significantly above chance level (study 4). The third place of my PhD work turned to eye tracking. Here, we revealed that the proactive strategy of eye-fixations used during action observation were similar to those made during executed actions. Additionally, good categorization of motor intention was characterized by more accurate saccades and longer object fixations. Eye movements are known to play an important role in social intercations. Hence, in a final experiment (study 5), we setup a face-to-face competitive game to reveal the specific effects thet the social context may play on the kinematic properties of reaching during different types of interactive situations. In the PhD mansucript, I propose a general discussion that sets these results within the current cognitive and neuronal models of sensori-motor integration. When appropriate, future directions are suggested both for cognitive models of motor control and for the development of neuro-inspired articicial systems constitued with intuitive social interaction skills.

Les applications tribologiques des matériaux cellulaires en présence de liquide nécessitent une connaissance de leurs modes d’endommagement, mais elles restent peu connues à l’heure actuelle. L’étude, la compréhension et la modélisation du comportement d’un matériau composite cellulaire nécessitent une approche pluridisciplinaire due au caractère hétérogène du matériau qui reste difficilement caractérisable. Ce matériau peut être analysé suivant 3 axes bien distincts : les propriétés rhéologiques (analyses sous état de déformation complexe en compression et en cisaillement avec des rhéomètres adaptés), la morphologie des alvéoles (analyses 3D optiques et tomographiques), les propriétés tribologiques (analyse en frottement de l'interface et des particules d'usure). L’intérêt majeur de notre approche est d'aborder simultanément ces 3 axes et de comprendre leurs interactions respectives. La tomographie aux rayons X, suivie d’un traitement mathématique assisté par ordinateur, complété par l'analyse des particules d'usure a permis d'identifier les morphologies responsables des fonctions spécifiques du matériau cellulaire. Un tribo-abrasimètre innovant avec des surfaces abrasives modèles a mis en évidence l’importance des cinématiques dans l’endommagement du matériau. Des méthodes de caractérisation ont été mises au point afin de quantifier la dégradation tribologique du matériau permettant également de mesurer l’impact du vieillissement (chimique, thermique et mécanique). / Tribological applications of cellular materials in the presence of liquid require acknowledge of their modes of damage, but they remain little known at present. The study, understanding and modeling the behavior of a composite cell requires a multidisciplinary approach due to the heterogeneity of the material that is difficult to characterize. This material can be analyzed along three distinct axes: the rheological properties (analysis in complex state of deformation in compression and shear with adapted rheometer), the morphology of the cells (3D optical tomographic analysis), the tribological properties (analysis in interface friction and wear particles). The major advantage of our approach is to simultaneously address these three areas and to understand their interactions. The X-ray tomography, followed by computer-assisted mathematical treatment, supplemented by the analysis of wear particles identified morphologies responsible for specific functions of cellular material. A tribo-abrasimeter with innovative models abrasive surfaces highlighted the importance of kinematics in the damage of the material. Characterization methods have been developed to quantify the tribological degradation of the material can also measure the impact of aging(chemical, thermal and mechanical).